08 CAPITULO 5 FLUJO - Cesar Delgado

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MEDIDAS DE FLUJO 
 
En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales y en las 
efectuadas en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medición de los caudales de 
líquidos o de gases. 
 
Pero antes de conocer los distintos tipos de métodos que se utilizan para medir caudales 
es importante saber que se entiende por CAUDAL. 
 
Un Caudal es el movimiento de un fluido en el tiempo, y podría expresarse así: 
 
A su vez un fluido presenta comportamientos distintos en reposo y en movimiento, y este 
podría definirse como: " un fluido es una sustancia que se deforma continuamente bajo la 
aplicación de un esfuerzo de corte (tangencial), sin importar cuán pequeño pueda ser este 
esfuerzo. 
Existen varios métodos para medir el caudal según sea el tipo de caudal volumétrico o 
másico deseado. Entre los Transductores más importantes figuran los siguientes: 
 
 
 
 
 
 
 
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MEDIDORES VOLUMÉTRICOS 
 
 Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen del fluido, bien sea 
directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deducción (presión diferencial, área 
variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino). 
 
Hay que señalar que la medida del caudal volumétrico en la industria se efectúa 
principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. Entre 
estos elementos se encuentran la placa-orificio o diafragma, la tobera y el tubo Venturi. 
 
 
 
 
 
 
 
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INSTRUMENTOS DE PRESIÓN DIFERENCIAL 
 
 Este tipo de medidores se basa en la relación que existe entre la velocidad del fluido y la 
pérdida de presión, al pasar éste a través de una restricción en la tubería. 
 
 Pudiéndose definir de la forma siguiente: 
 
 “La perdida de presión causada por la restricción, es proporcional al cuadrado de la 
velocidad del fluido”. 
 
 La restricción, llamada elemento primario de medición, hace que el fluido se contraiga y 
ya que el flujo permanece constante, la velocidad de éste aumenta al pasar por las restricciones y 
la presión estática disminuye y al mismo tiempo según la ley de la conservación de la energía. Si 
se mide la presión estática de la tubería antes y después de la restricción se observa que hay un 
ligero aumento de esta presión antes de llegar a la restricción, después de ésta, disminuye 
volviendo a recuperarse esta presión pero no en su totalidad. 
 
 
 
 
Fig. 5.1 Teorema de Bernouilli 
 
 La diferencia entre las presiones antes y después de la restricción se llama diferencia de 
presión, la cual representa el índice de velocidad del fluido. Esta presión diferencial es medida y 
convertida a unidades de flujo por medio de un elemento secundario de medición. 
 
 Los elementos primarios de medición más comúnmente usados para producir esta 
variación de la carga hidrostática son los siguientes: 
 
 Tubo venturi. 
 Tobera de Flujo. 
 Tubo Venturi de Inserción. 
 Tubos de Flujo Dall. 
 Placa de Orificio. 
 Annubar. 
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Selección del elemento primario 
 
 La selección del elemento primario más conveniente se efectúa según el caso de que se 
trate tomando en cuenta los siguientes puntos generales: 
 
1. Características físicas y químicas del fluido, o si contiene sólidos en suspensión. 
2. Gasto mínimo, normal y máximo. Pudiéndose determinar en este punto los límites 
entre los cuales poder hacer la selección, ya que se tienen condiciones en que los 
mínimos o máximos gastos nos limitan, pudiéndose determinar el elemento primario 
más adecuado. 
3. Las dimensiones de la tubería. Existen límites entre los diámetros de las tuberías que 
nos impiden el uso de ciertos elementos primarios. 
4. La presión estática. La selección del rango diferencial esta basada principalmente en la 
presión estática del sistema. 
5. Pérdidas de presión permisibles en el sistema. Generalmente se deben ajustar las 
pérdidas de presión producidas por el elemento primario a un valor especificado, que 
no debe de excederse, pudiéndose determinar la caída de presión mínima para 
seleccionar el elemento primario. 
 
Tubo Venturi 
 
 De los elementos primarios de medición para medir flujo es el más exacto, pues tiene un 
coeficiente de descarga cercano a la unidad; es utilizado para medir líquidos, gases y fluidos que 
contienen sólidos en suspensión. 
 
 Su instalación no presenta mayor problema que cualquier otro tipo de tubo del tipo común y 
corriente. 
 
 Los diámetros en ambos extremos del tubo venturi corresponden al diámetro interior de la 
tubería al cual esta conectado y en su sección media tiene un diámetro más pequeño llamado 
garganta. 
 
 El cono de entrada es de 20 de convergencia angular fija que entra a la sección media 
llamada garganta, de menor diámetro; el cono de descarga tiene de 5 a 6 de divergencia angular 
fija y cuyo diámetro final corresponde al de la tubería, logra la máxima recuperación de presión. 
Las tomas de alta y baja presión, están conectadas a los anillos piezométricos en la garganta y la 
entrada. 
 
 La diferencia de presiones entre el cuerpo cilíndrico y la garganta produce la diferencial en 
la cual se basa la medición de flujo. 
 
 Las características de este tipo de elemento son: 
 
 Mínima pérdida de presión permanente. 
 Requiere poco mantenimiento. 
 Permite el paso de 1.6 veces más flujo que la placa de orificio bajo las mismas 
condiciones de operación. 
 Es de fácil instalación. 
 Es de más costo. 
 
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Fig. 5.2 Corte seccional de un tubo venturi-corto. 
 
 
 
 
Fig. 5.3 Dimensiones críticas de un tubo venturi clásico. 
 
Tobera de flujo 
 
 Se usa para flujos grandes en donde una plaza de orificio no sería suficientemente exacta 
ya que la relación de diámetros (d/D) mayor de 0.6 a 0.7 para la placa orificio, no es recomendable, 
puesto que se convierte en inexacta. Por consecuencia cuando el gasto es grande se recomienda 
usar la tobera de flujo que para la misma diferencia de presiones deja pasar mayor flujo con 
relación a la placa de orificio del mismo diámetro ya que permite mediciones de 60 a 65% más 
altas. Es de mayor costo que las placas de orificio, pero ocasionan menores perdidas de presión 
permanentes. 
 
 Su aplicación principal es donde existan altas presiones y medición de grandes 
capacidades de flujo. 
 
 En la tobera de flujo se necesita menor tramo de tubería recta antes y después del 
elemento primario; ya que la tobera necesita una abertura menor, se necesita menos longitud de 
tubo recto. 
 
 Sus características son las siguientes: 
 
 Mediana pérdida de presión permanente, ya que se elimina el cono de salida. 
 Requiere poco mantenimiento. 
 Permite el paso de 1.6 veces más fluido que las placas de orificio bajo las mismas 
condiciones de operación. 
 Se obtiene mayor diferencial que en el tubo Venturi. 
 
 
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Fig. 5.4 Corte seccional de una tobera de flujo instalada en una línea 
 
 
 
 
Fig. 5.5 Instalación típica de una tobera de flujo con sus bridas correspondientes. 
 
Tubo Venturi de inserción 
 
 El tubo Venturi de inserción es similar al tubo Venturi pero con ventajas adicionales, tales 
como poder medir el flujo a una presión muy alta, evitando el costo excesivo de un tubo Venturi 
clásico. 
 
 El montaje se hace entre las bridas de la tubería por medio de un dispositivo especial que 
sirve como conexión de baja presión ya que tiene incorporadas las aberturas piezométricas y el 
anillo de presión de la garganta. 
 
 La conexión de alta presión se hace directamente en la tubería, antes de la garganta y aun 
diámetro de la tubería. 
 
 
 
 
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Fig. 5.6 Tubo venturi de inserción. 
 
Tubos de flujo Dall 
 
 Posee la más baja pérdida de carga de todos los dispositivos conocidos de presión 
diferencial (con las más altas relaciones de garganta, la pérdida de presiónes tan baja como del 
orden del 3 %), con las ventajas adicionales de tener un costo bajo y de ser más fácil y económico 
de instalar que el tubo Venturi. 
 
 Consiste de un cuerpo cilíndrico corto que se diseña con una disminución de diámetro 
seguida de una restricción cónica y de una salida divergente. El área reducida en la entrada del 
cono junto con el diseño de la garganta anular, induce una presión diferencial que es medida y 
transformada a flujo. 
 
 Este es mucho más corto y más liviano que el tubo Venturi. 
 
Fig. 5.7 Tubo Dall. 
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Tubos de flujo Dall cortos 
 
 Es un intermedio, respecto a la pérdida de presión, entre el simple orificio y el tubo Dall 
normal y es más apropiado en donde una reducida pérdida de carga es importante, pero donde el 
espacio disponible es insificiente para un tubo Dall normal. 
 
 Se emplea para mediciones de agua, aire comprimido, aire a baja presión, gas, vapor, 
líquidos con sólidos en suspensión, etc. 
 
 
 
Fig. 5.8 Tubo Dall corto de inserción. 
 
Placa de orificio 
 
 Esta es la forma más común de reducción del área de circulación para producir diferencias 
de presiones y sus características son: 
 
 Máxima perdida de presión permanente. 
 Es el más comúnmente usado. 
 Más fácil de instalar. 
 Fácilmente reproducible. 
 Requiere inspección periódica. 
 Es el de más bajo costo. 
 
 Este tipo de elemento primario de medición para medir flujo es una placa delgada de metal 
con una abertura generalmente redonda y concéntrica. 
 
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Fig. 5.9 Tipos de placas de orificio 
 
 Existen el tipo excéntrico con la abertura en la parte baja de la placa y el segmental, estos 
son útiles cuando el líquido que se maneja lleva sólidos en suspensión que pueden depositarse en 
la placa de orificio del lado de alta presión modificando las características del flujo y produciendo 
errores. 
 
 La placa de orificio debe tener la resistencia necesaria para evitar deformaciones bajo 
presiones diferenciales ordinarias. 
 
 Por lo común se utilizan los espesores indicados en la siguiente tabla. 
 
Espesor de la placa Diámetro de la tubería 
 1.588 mm ( 1 / 16“ ) Hasta 10.16 cm ( 4“ ) 
 3.175 mm ( 1 / 8” ) De 10.16 cm ( 4” ) hasta 40.64 cm ( 16” ) 
 6.350 mm ( 1 / 4” ) Para más de 40.64 cm ( 16” ) 
 
 El lado de la placa que se encuentra en el lugar de alta presión debe ser perpendicular al 
eje de la tubería y el borde del orificio debe ser torneado a escuadra. 
 
 El grueso del borde del orificio no debe excederse de 3.175 mm ( 1 / 8” ) para placas con 
un orificio mayor de 12.70 mm ( 1 / 2” ) y no debe exceder de 1.588 mm ( 1 / 16” ) para placas con 
un orificio menor de 12.700 mm ( 1 / 2” ). A veces para que el borde del orificio pueda tener el 
espesor debido es necesario biselarlo, lo que deberá hacerse en el lado de baja presión con un 
ángulo no menor de 45. 
 
 Las placas de orificio algunas veces se proveen de una pequeña perforación adicional para 
el paso de condensados y gases. Cuando se miden los gases, esta perforación se localiza abajo 
para permitir el paso al condensado. Cuando el fluido es un líquido, esta perforación se sitúa en la 
parte superior para que así los gases puedan pasar y no formen acumulamiento de gas. 
 
 
 
Fig. 5.10 Especificación de dimensiones y materiales típicos para placa de orificio. 
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Tomas de presión. 
 
La placa-orificio consiste en una placa perforada normalmente con una abertura cilíndrica en 
el centro y es instalada en la tubería. El caudal se determina a partir de las lecturas de las 
presiones diferenciales. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa, captan 
esta presión diferencial la cual es proporcional al cuadrado del caudal. 
 
 Hay tres métodos principales para las conexiones de las tomas de presión cuando se 
emplea una placa de orificio que son: 
 
1. Tomas de brida. 
2. Tomas de vena contracta. 
3. Tomas de tubería. 
 
Tomas de brida: 
 
Tomas en la brida (flange taps). Es bastante utilizada porque su instalación es cómoda ya 
que las tomas están taladradas en las bridas que soportan la placa y situadas a 1" de distancia de 
la misma. 
 
 
 
Fig. 5.11 Tomas de brida. 
 
Tomas de vena contracta: 
 
Tomas en la vena contraída (vena contrasta taps). La toma posterior está situada en un 
punto donde la vena alcanza su diámetro más pequeño, lo cual depende de la razón de diámetros 
y se presenta aproximadamente a 1/2 de la tubería. La toma anterior se sitúa a 1  de la tubería. 
 
 
 
 
 
 
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Fig. 5.12 Tomas de vena contracta. 
 
Tomas en la tubería: 
 
Tomas en la tubería (pipe taps). Las tomas anterior y posterior están situadas a 2 1/2 y 8, 
respectivamente. Se emplean cuando se desea aumentar el intervalo de medida de un medidor de 
caudal dado. La situación de las tomas está en un lugar menos sensible a la medida. 
 
 
 
Fig. 5.13 Tomas de tubería. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tubo Pitot 
 
 El tubo Pitot mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea, la presión 
dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad. 
 
 
 
Fig. 5.14 Tubo Pitot 
 
El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección de 
la tubería, de aquí que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar disponiéndolo en un 
tramo recto de tubería. La máxima exactitud en la medida se consigue efectuando varias medidas 
en puntos determinados y promediando las raíces cuadradas de las velocidades medidas. 
 
 Su precisión es baja, del orden de 1.5-4%, y se emplea normalmente para la medición de 
grandes caudales de fluidos limpios con una baja pérdida de carga. 
 
Tubo Annubar 
 
Este tubo es una mejoría del tubo Pitot, debido a que posee dos tubos de medición los 
cuales son: presión total y presión estática. Estos tubos hacen que su medición en comparación 
con el tubo de Pitot sea mayor precisión. Además posee una baja pérdida de carga, este tubo 
sirve para medir pequeños y grandes caudales de líquidos y de gases. 
 
En la figura siguiente del tubo Annubar se aprecia el tubo de presión total el cual esta ubica 
a lo largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios que cubren cada uno 
la presión total en un anillo de área transversal de la tubería. Estos anillos tienen áreas iguales y 
además se encuentra el tubo de presión estática que se encuentra detrás del de presión total con 
su orificio en el centro de la tubería y aguas debajo de la misma. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fig. 5.15 Tubo Annubar 
 
La placa-orificio variable: 
 
Es una mejoría de la placa-orificio, ya que permite obtener una amplia gama de variaciones 
de caudal, mientras que la placa orificio es más limitada. El sistema consiste en un servomotor con 
realimentación que se posiciona una placa para obtener una presión diferencial especificada. 
 
 
5.16 Placa-orificio variable 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Transmisores de Fuelle y de Diafragma. 
 
Una presión diferencial puede ser creada por: una placa, una tobera o por un tubo Venturi, 
puede medirse con un tubo con forma de “U” el cual puede ser de mercurio o sino puede 
transmitirse con los instrumentos llamados convertidores diferenciales. 
 
Los transmisores de fuelle: 
 
Están compuestos por cámaras de presión (alta y baja). El funcionamiento de la alta 
presión es que comprime el fuelle correspondiente, arrastrando la palanca de unión, el cable y un 
eje exterior, cuyo movimiento actúa sobre un transductor (neumático o eléctrico). Esta protegido 
contra sobrecargas ya que está asegurado por dos anillos de sello que cierran herméticamente el 
paso del líquido de llenado de un fuelle a otro, e impiden su destrucción ante alguna maniobra 
incorrecta. Además cuenta Una válvula contra pulsaciones de caudal que restringe el paso del 
líquido de un fuelle a otro. 
 
 
Fig. 5.17 Transmisor de fuelle 
 
Lostransmisores de diafragma: 
 
En estos transmisores la separación entre las dos cámaras se efectúa mediante 
diafragmas, esto lo diferencia de los transmisores de fuelles, logrando así un desplazamiento 
volumétrico el cual es casi nulo. Sus conexiones entre las tomas del diafragma y el convertidor de 
presión diferencial deben ser adecuadas al fluido a medir ya sean: líquidos, gases, vapor y líquidos 
con sellos Con el objeto de aislar el instrumento se prevén tres válvulas que constituyen lo que se 
denomina un manifold; éste posee una misión doble que es aislar el instrumento del proceso para 
su mantenimiento e igualar las presiones en las dos cámaras del instrumento en la puesta en 
marcha de la instalación. 
 
Para detalles que pudiesen ocurrir en los transmisores de diafragma hay que tener en 
cuenta que: Cuando se producen vibraciones fuertes es conveniente utilizar conexiones flexibles 
en la tubería según sean las condiciones del trabajo, en caso que el fluido sea corrosivo o viscoso, 
entre algunas formas del fluido, es necesario utilizar sistemas de sello que aíslen el instrumento del 
proceso. 
 
Cuando los problemas de condensación o de evaporación del fluido no puedan resolverse 
se utiliza un sistema de purga, si el fluido de proceso es susceptible a cambios de temperatura es 
 100 
necesario disponer de un sistema de calentamiento, en general con vapor de baja presión que 
impida este fenómeno. 
 
Una ventaja que poseen los transmisores de diafragma en comparación con los 
transmisores de fuelle, es que no necesitan cámaras de condensación para compensar los 
cambios de volumen ya que el desplazamiento volumétrico es despreciable. Ver la figura 1 
 
 
 
Fig. 5.18 Transmisor de presión diferencial. 
 
Integradores 
 
Los integradores son medidores de caudal en el tiempo, y generalmente son utilizados 
para propósitos de facturación o de balance energético de la planta, así como cuando interesa 
integrar el caudal de un gráfico. 
 
Los instrumentos transmisores o registradores de caudal miden realmente una presión 
diferencial y cómo el caudal varía según la raíz cuadrada de la presión diferencial, el gráfico deberá 
ser de raíz cuadrada a no ser en que se utilice un extractor de raíz cuadrada intermedio, y estará 
graduado normalmente de 0 – 10 con un factor de conversión para poder leer directamente en 
unidades de caudal. 
 
En el caso de los planímetros manuales, la precisión depende mucho de la atención que 
ponga el operador al seguir el registro del gráfico, de la regularidad en el giro del papel, y de los 
posibles cambios ocurridos por variaciones en la humedad en las dimensiones del gráfico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Los integradores mecánicos: 
 
Los más utilizados son del tipo intermitente y cuentan automáticamente el producto (caudal 
instantáneo x tiempo) mediante una leva que gira a velocidad constante sobre la que apoya una 
palanca cuya posición depende del caudal instantáneo. El tiempo de contacto entre la palanca y la 
leva, hace actuar un contador mecánico o eléctrico. 
 
Su precisión es del orden de  2 %. 
 
 Los integradores neumáticos consisten en una turbina alimentada por un chorro de aire 
que depende del valor de la señal neumática del transmisor de presión diferencial. El giro de la 
turbina hace avanzar un contador que integra el caudal. 
 
Los integradores neumáticos: 
 
El integrador neumático consiste en una turbina alimentada por un chorro de aire que 
depende del valor de la señal neumática del transmisor de presión diferencial. El giro de la turbina 
hace avanzar un contador que integra el caudal. 
 
 
Fig. 5.19 Integrador neumático. 
 
Los integradores electrónicos intermitentes: 
 
Los integradores electrónicos intermitentes disponen de una leva posicionada por la pluma 
del instrumento en lugar de una palanca como en los integradores mecánicos. Ésta esta situada 
entre las bobinas de un oscilador y excita un relevador electrónico detector cuando está dentro del 
campo del oscilador. El relevador electrónico excita a su vez el contador del instrumento. La 
precisión del integrador electrónico es del orden de  1 %. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fig. 5.20 Integrador electrónico. 
 
 Las variaciones de densidad dependen, en un líquido, de los cambios en la temperatura y 
en los gases y vapores de las variaciones en la presión, en la temperatura y en la compresibilidad. 
 
 El caudal real puede determinarse registrando dichas variables (con preferencia en el 
mismo gráfico) y calculando las correcciones, o bien, realizando automáticamente las operaciones 
de corrección. 
 
 La compensación automática se logra con un instrumento multiplicador-divisor de las tres 
variables, presión diferencial, presión y temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 103 
ÁREA VARIABLE 
 
Rotámetros: 
 
Los rotámetros son medidores de caudal de área variable, el cual posee un flotador que 
cambia de posición proporcionalmente dentro de un tubo, según sea el flujo del fluido. 
 
Además es un diafragma de orificio variable teniendo un coeficiente de descarga que 
englobará el reparto desigual de velocidades, la contracción de la vena del fluido, las rugosidades 
de la tubería, etc. 
 
 
Fig. 5.21 Rotámetro 
 
Los flotadores pueden tener varios perfiles de construcción: 
 
 Esférico para bajos caudales y poca precisión, con una influencia considerable de la 
viscosidad del fluido. 
 
 Cilíndrico con borde plano para caudales medios y elevados con una influencia media 
de la viscosidad del fluido. 
 
 Cilíndrico, con borde saliente, de cara inclinada contra el flujo con menor influencia de 
la viscosidad que, por sus características de caudal, puede compararse a una tobera 
 
 Cilíndrico, con bordes salientes contra el flujo y con la mínima influencia de la 
viscosidad del fluido, que por su funcionamiento, puede compararse a una placa-
orificio o diafragma. 
 
Los flotadores pueden ser de acero inoxidable 316, aunque debido a los requerimientos de 
resistencia a la corrosión que se presenta en la industria también se usan otros metales, así como 
flotadores de plástico, pero se prefieren los metálicos por su mayor facilidad de mecanización del 
borde superior. 
 
Las escalas de los rotámetros se graban en una escala de latón o de aluminio montada a lo 
largo del tubo y situada en coincidencia con la línea de cero del tubo o bien directamente en un 
tubo de vidrio. La escala puede estar en unidades directas de caudal o bien en un porcentaje de la 
escala total. En el último caso, se añade un factor de multiplicación a todas las lecturas para 
convertir a unidades de caudal en volumen o peso del fluido. Otra forma de graduar la escala es en 
 104 
mm acompañando una curva de calibración caudal-lectura en mm para determinar el caudal del 
fluido.(amplitud de 10 a 1). 
 
La calibración de los rotámetros se consigue básicamente manteniendo constante el paso 
de un caudal a través del rotámetro y midiendo la cantidad de líquido o de gas recogido en un 
tiempo dado medido con precisión. El volumen del líquido suele medirse con buretas graduadas o 
básculas mientras que en los gases se utilizan gasómetros y calibradores graduados con sello de 
mercurio. Para la medición del tiempo se utilizan cronómetros que midan al menos 0,01 segundos. 
 
Según su aplicación los rotámetros se pueden clasificar en rotámetros de purga, de 
indicación directa con indicación magnética y transmisión neumática y electrónica. 
 
Rotámetro de purga: 
 
Se utilizan para caudales pequeños, en sus aplicaciones se destaca la purga hidráulica de 
sellos mecánicos en bombas, la medición de nivel por burbujeo, la purga de elementos de presión 
diferencial para la medida de caudal evitando la obturación de las tuberías y la purga de 
instrumentos que trabajan en atmósferas corrosivas o polvorientas. 
 
 
 
Fig. 5.22 Rotámetro de purga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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El rotámetrode vidrio de indicación directa: 
 
Estos pueden adoptar distintas disposiciones como: llevar placas laterales, estar cerrados 
con cuatro placas con ventana de cristal para ver el tubo; disponer de armadura de seguridad o 
blindada de cierre estanco para evitar que en caso de rotura del tubo el gas o el líquido interiores 
puedan dañar al operador; disponer de armadura anti-hielo con el gel de sílice para evitar la 
presencia de humedad en el espacio entre la armadura y el tubo que podría impedir la visibilidad 
del flotador. 
 
 
Fig. 5.23 Rotámetro de indicación directa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Rotámetro by-pass. 
 
Es un medidor de caudal de fluido, por lo tanto no de la presión diferencial, la escala de 
medida de este rotámetro es lineal y no de raíz cuadrada como se podría suponer siendo el 
elemento de medida un diafragma. 
 
 
 
Fig. 5.24 Rotámetro en by-pass. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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VELOCIDAD 
 
Vertederos y Venturi 
 
Un vertedero puede considerarse como una presa sobre la cual debe pasar líquido, en este 
se podrán tomar medidas del flujo, para determinar el caudal. Generalmente un vertedero es una 
placa delgada, con borde agudo en el lado de las aguas arriba(vertedero rectangular). En la 
medición del caudal en canales abiertos, se utilizan vertederos de distintas formas que provocan 
una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y su punto más 
bajo. 
 
Los vertederos, están compuestos por una lamina del fluido que se le conoce como napa, 
al igual que el agua que cae por ahí, la superficie superior sobre la cual se mueve el liquido se 
llama cresta del vertedero y esta tiene longitud que se extiende a todo lo ancho del canal. Además 
tiene distintas formas :rectangular, triangular , recta entre otras. 
 
Rectangular con contracción lateral: 
 
Es simple y fácil de construir y el más económico. Es apto para la medida de caudales de 
0– 60 m
3
/h a 0 – 2000 m
3
/h. La fórmula de medida de caudales que suele usarse es la de Francis: 
 
Q = 1.84(l – 0.2H)H
3/2 
m
3
/s, 
 
Siendo l la anchura del rectángulo en m. 
 
El valor de 0.2 H viene sustituido por 0.1 H si no hay contracción del manto invertido, es 
decir, si l = anchura del canal. 
 
 
 
Fig. 5.25 Vertedero rectangular. 
 
 
 
 
 
 
 
 108 
 
Triangular o en V: 
 
Consiste en una placa con un corte en V de vértice dirigido hacia abajo y con cada lado 
igualmente inclinado respecto a la vertical. A igualdad de tamaño, su campo de medida es más 
amplio que el de los otros vertederos. Es capaz de medir caudales entre 0 – 30 m
3
/h y 0 – 
2000m
3
/h. La formula empírica aplicable es: 
 
Q = 1.33 H
2.475
 m
3
/s ( para un vertedero en V de 90º) 
 
 
Fig. 5.26 Vertedero Triangular o en “V”. 
 
Cipolleti o trapezoidal: 
 
Este vertedero tiene la ranura en forma de trapecio invertido. La pendiente de los lados del 
trapecio corrigen las contracciones laterales del manto de agua y el caudal es por lo tanto 
proporcional a la altura de la cresta. Su campo de medida es equivalente al del vertedero 
rectangular. La formula empírica es: 
 
Q = 1.86 l H
3/2
 m
3
/s 
 
 
 
Fig. 5.27 Vertedero Cipolleti o trapezoidal. 
 
 
 109 
 
 
Parshall o Venturi: 
 
 Se emplea normalmente en aquellas aplicaciones en las que un vertedero normal no es 
siempre adecuado tal como ocurre cuando el líquido transporta sólidos o sedimentos en cantidad 
excesiva, o bien cuando no existe altura de presión suficiente, o bien cuando no es posible 
construir un tramo recto de longitud suficiente (un mínimo de 10 veces la anchura del canal). 
Puede utilizarse para caudales superiores a 0 –30 m
3
/h. 
 
El vertedero Parshall es de forma parecida al tubo venturi. Consiste en paredes verticales y 
con el suelo inclinado en la estrangulación. 
 
 
 
Fig. 5.28 Vertedero Parshall 
 
La descarga del fluido puede presentarse de dos formas: caudal libre cuando la elevación 
del agua después de la estrangulación es lo suficientemente baja como para impedir que el agua 
que se descarga retorne hacia atrás y no siga suavemente el perfil del elemento Parshall; caudal 
sumergido cuando el agua está a demasiada altura después de la estrangulación y vuelve hacia 
atrás. La condición del caudal libre se tiene cuando la relación de las alturas de cresta en la parte 
plana y en la parte final del elemento referidas al nivel plano Hu/Hd es menor de 0.6 para un 
elemento de garganta hasta 230 mm y menor de 0.7 para anchuras de garganta mayores de 300 
mm. Relaciones mayores dan lugar a caudales del tipo sumergido en el cual el caudal es una 
función de Hu y Hd, mientras que en la condición de caudal libre el flujo es únicamente función de 
Hu. Se suele mantener generalmente esta condición. 
 
La ecuación general del vertedero Parshall es: 
 
Q = K l H
n 
Con los coeficientes de la siguiente tabla: 
 
 
 
 
 
 110 
 
K 
l 
n 
( m ) ( pies ) 
2.32 0.076 ¼ 1.547 
2.5 0.152 ½ 1.580 
2.34 0.228 ¾ 1.530 
2.26 0.305 1 1.522 
2.31 0.457 1 ½ 1.540 
2.34 0.609 2 1.550 
2.39 0.914 3 1.566 
2.42 1.219 4 1.578 
 
Tabla 5.1 Constantes del vertedero Parshall 
 
 Un instrumento flotador, o bien de burbujeo, mide la diferencia de alturas dadas y puede 
indicar, regular y registrar directamente el caudal o bien transmitirlo a distancia con un transmisor 
del tipo potenciométrico o neumático de equilibrio de movimientos, o digital. 
 
 
Fig. 5.29 Transmisor de flotador eléctrico. 
 
 
 
Fig. 5.30 Transmisor de flotador electrónico. 
 
 
 
 
 
 
 111 
Turbinas 
 
 Los medidores de turbina consisten en un rotor que gira al paso del fluido con una 
velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre 
en el rotor; la diferencia de presiones debida al cambio de área entre el rotor y el cono posterior 
ejerce una fuerza igual y opuesta. De este modo el rotor esta equilibrado hidrodinámicamente y 
gira entre los conos anterior y posterior sin necesidad de utilizar rodamientos axiales evitando así 
un rozamiento. 
 
 
 
Fig. 5.31 Medidor de turbina. 
 
 Existen dos tipos de convertidores para captar la velocidad de la turbina. En el de 
reluctancia la velocidad viene determinada por el paso de las palas individuales de la turbina a 
través del campo magnético creado por un imán permanente montado en una bobina captadora 
exterior. El paso de cada pala varía la reluctancia del circuito magnético. Esta variación cambia el 
flujo induciendo en la bobina captadora una corriente alterna, que por lo tanto es proporcional al 
giro de la turbina. 
 
 En el tipo inductivo el rotor lleva incorporado un imán permanente y el campo magnético 
giratorio que se origina induce una corriente alterna en una bobina captadora exterior. 
 
 En ambos casos, la frecuencia que genera el rotor de turbina es proporcional al caudal 
siendo del orden de 250 a 1200 ciclos por segundo para el caudal máximo. Por ejemplo, si un rotor 
de seis palas gira a 100 revoluciones por segundo, genera 600 impulsos por segundo. El número 
 112 
de impulsos por unidad de caudal es constante. La turbina esta limitada por la viscosidad del fluido, 
debido al cambio que se produce en la velocidad del perfil del líquido a través de la tubería cuan do 
aumenta la viscosidad. En las paredes, el fluido se mueve más lentamente que en centro, de modo 
que, las puntas de las palas no pueden girar a mayor velocidad. En general, para velocidades 
superiores a 3 – 5 centistokes se reduce considerablemente el intervalo de medida del instrumento. 
 
 La precisión es muy elevada, del orden de  0.3 %. La máxima precisión se consigue con 
un régimen laminar instalando el instrumento en una tubería recta de longitudes mínimas 15 
diámetros aguas arriba y 6 diámetros aguas abajo. El campo de medida llega hasta la relación 15 
a 1 entre el caudal máximo y el mínimo y la escala es lineal. El instrumentoes adecuado para la 
medida de caudales de líquidos limpios o filtrados. Debe instalarse de tal modo que no se vacíe 
cuando cesa el caudal ya que el choque del agua a lata velocidad contra el medidor vacío lo 
dañaría seriamente. La sobrevelocidad por exceso de caudal puede ser también perjudicial para el 
instrumento. La frecuencia generada por el medidor de turbina se transmite a un convertidor 
indicador o totalizador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 113 
 
FUERZA 
 
Medidor de placa: 
 
 Consiste en una placa instalada directamente en el centro de la tubería y sometida al 
empuje del fluido. 
 
 
 
 
Fig. 5.32 Medidor de placa. 
 
La fuerza originada es proporcional a la energía cinética del fluido y depende del área 
anular entre las paredes de la tubería y la placa. 
 
 La precisión en la medida es de  1 %. El instrumento permite el paso de fluidos con 
pequeñas cantidades de sólidos en suspensión y puede medir caudales que van de un mínimo de 
0.3 l/min hasta 40000 l/min. 
 
Medidor de flujo magnético 
 
 Su diseño sin restricciones es ideal para líquidos viscosos o corrosivos así como para 
aquellos con sólidos en suspensión y substancias pastosas. 
 
 Este tipo de medidor consiste esencialmente de un transmisor de flujo conectado 
eléctricamente a un receptor que normalmente es un potenciómetro de corriente alterna que puede 
proporcionar indicación, registro o control de flujo. 
 
 Existen varias marcas como: Foxboro, Fisher & Porter, Kent Tieghi – S.P.A., etc. 
 
 El transmisor de flujo consiste en un tubo no magnético a través del cual fluye el líquido, un 
electroimán que induce un campo magnético a través del tubo y dos electrodos metálicos que 
están al ras con la superficie interior del tubo y en contacto con la superficie que fluye. 
 
 Para que el medidor funcione, la mínima conductancia del líquido que esta fluyendo debe 
ser cerca de 200 microohms dependiendo del tamaño del transmisor, longitud de conductores y 
precisión deseada. Los valores de la conductividad aunque cambien no afectan el comportamiento 
y precisión del instrumento, requiriéndose que el líquido no sea totalmente aislante. 
 
 114 
 La mínima velocidad del flujo que pasa a través del medidor para su buen funcionamiento 
deberá ser aproximadamente de 1 m/seg. 
 
 La salida del transmisor es directamente proporcional a la velocidad promedio del líquido 
que fluye y por lo tanto, proporcional al volumen del flujo que fluye; la respuesta es lineal en cuanto 
a la velocidad de flujo. 
 
 Los medidores magnéticos son medidores de velocidad, por lo tanto la exactitud no está 
modificada por la presión, densidad, viscosidad o carácter del flujo. 
 
 Ni turbulencias ni variaciones en el “perfil del flujo” afectan seriamente al transmisor y la 
caída de presión a través de él, es solo la causada por la longitud del tubo de diámetro particular 
usado. 
 
 Su operación esta basada en la Ley de Faraday sobre la inducción electromagnética que 
dice: 
 
 “Cuando un campo magnético es cortado por un conductor, se produce un voltaje cuya 
dirección es perpendicular a la dirección del conductor y a la dirección del campo magnético”. 
 
 Aplicando esta ley a la medición de flujo se tiene: 
 
 Un líquido que fluye a través del tubo no magnético sujeto al campo magnético, induce un 
voltaje en el fluido que es proporcional a la velocidad de flujo y a la intensidad de campo. 
 
 Dicho de otra manera, el voltaje inducido en un conductor de longitud (D), moviéndose a 
través de un campo (H), es proporcional a la velocidad (V) del conductor. El voltaje es generado en 
un plano que es mutuamente perpendicular tanto a la velocidad del conductor como al campo 
magnético. 
 
 En forma matemática: 
 
 E = G H D V 
 
 En donde G es una constante dimensional. 
 
 
Fig. 5.33 Medidor magnético de caudal. 
 
 
 115 
DESPLAZAMIENTO POSITIVO 
 
Los medidores de desplazamiento positivo miden el caudal en volumen (contando o 
integrando) volúmenes separados del líquido. Las partes mecánicas del instrumento se mueven 
aprovechando la energía del fluido y dan lugar a una pérdida de carga. 
 
Existen 4 tipos básicos de medidores: 
 
a) Disco oscilante 
b) Pistón oscilante 
c) Pistón alternativo 
d) Rotativos 
e) Diafragma 
 
 
Medidor de disco oscilante: 
 
Es ocupado en aplicaciones domésticas para agua, se utilizan en la medición de agua fría, 
agua caliente, aceite y líquidos alimenticios. Su precisión es de  1-2 %. Teniendo un caudal 
máximo es de 600 l.p.m. y se fabrica para pequeños tamaños de tubería. 
 
 Esta compuesto por una cámara circular con un disco plano móvil dotado de una ranura 
en la que está intercalada una placa fija. Esta placa separa la entrada de la salida e impide el giro 
del disco durante el paso del fluido. La cara baja del disco está siempre en contacto con la parte 
inferior de la cámara en el lado opuesto. 
 
Cuando pasa el fluido, el disco toma un movimiento parecido al de un trompo caído de 
modo que cada punto de su circunferencia exterior sube y baja alternativa mente estableciendo 
contacto con las paredes de la cámara desde su parte inferior a la superior. Este movimiento de 
balanceo se transmite mediante el eje del disco a un tren de engranajes. El par disponible es 
pequeño, lo que pone un límite en la utilización de accesorios mecánicos. 
 
 
 
Fig. 5.34 Medidor de disco oscilante. 
 
 
 
 
 
 116 
Medidor de pistón oscilante 
 
Se compone de una cámara de medida cilíndrica con una placa divisora que separa los 
orificios de entrada y de salida. La única parte móvil es un pistón cilíndrico que oscila suavemente 
en un movimiento circular entre las dos caras planas de la cámara. El eje del pistón al girar, 
transmite su movimiento a un tren de engranajes y a un contador. El par disponible es elevado de 
modo que el instrumento puede accionar los accesorios mecánicos que sean necesarios. 
 
Las figuras que se adjuntan muestran el movimiento del pistón desde que entra el liquido a 
la cámara hasta que se ha sido sumergido y descargado. 
 
 
 
Fig. 5.35 Medidor de pistón oscilante. 
 
La precisión normal es de  1% a  0.2% con pistón metálico y  0.5% con pistón 
sintético, dentro de un margen de caudal de 5:1. Se fabrican para tamaños de tubería de 2 
pulgadas con caudales máximos de 600 l/min. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 117 
Medidor de pistón alternativo 
 
El medidor de pistón convencional es el más antiguo de los medidores de desplazamiento 
positivo. El instrumento se fabrica en muchas formas: de varios pistones, pistones de doble acción, 
válvulas rotativas, válvulas deslizantes horizontales, los cuales se han empleado mucho en la 
industria petroquímica y pueden alcanzar una precisión del orden de  0,2%. 
 
 Su capacidad es pequeña comparada con los tamaños de otros medidores. Su costo inicial 
es alto, dan una pérdida de carga alta y son difíciles de reparar. 
 
 
 
Fig. 5.36 Medidor de pistón convencional 
 
Medidor rotativo: 
 
 Este medidor tiene válvulas rotativas que giran excéntricamente rozando con las paredes 
de una cámara circular y transportan el líquido en forma incremental de la entrada a la salida. Se 
emplean mucho en la industria petroquímica para la medida de crudos y de gasolina con intervalos 
de medida que van de unos pocos l/min de líquidos limpios de baja viscosidad hasta 64 000 l/min 
de crudos viscosos. 
 
 Hay varios tipos de medidores rotativos, siendo los más empleados, los cicloidales, 
los de dos rotores (birrotor) y los ovales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 118 
 
Los cicloidales 
 
Están compuestos por dos lóbulos del tipo Root engranados entre sí que giran en sentidos 
opuestos manteniendo una posición relativa fija y desplazando por cada revolución un volumen fijo 
de fluido (líquido o gas) en cada revolución. 
 
 Su elaboración en los tamaños van de 2 a 24” y con caudales de líquidos de 30 a 
66 500 l/min y engas hasta 3 Nm
3
/h. Su precisión es de 1 % para caudales de 10 a 100 % del 
intervalo de medida, bajando mucho la precisión en caudales bajos debido a los huelgos que 
existen entre los lóbulos. 
 
 
 
Fig. 5.37 Medidor cicloidal 
 
El sistema birrotor 
 
Consiste de dos rotores sin contacto mecánico entre sí que giran como únicos elementos 
móviles en la cámara de medida. La relación de giro mutuo se mantiene gracias a un conjunto de 
engranajes helicoidales totalmente cerrado y sin contacto con el líquido. Los rotores están 
equilibrados estática y dinámicamente y se apoyan en rodamientos de bolas de acero inoxidable. 
Al no existir contacto mecánico entre los rotores, la vida útil es larga y el mantenimiento es fácil. El 
instrumento puede trabajar con bajas presiones diferenciales del orden de 1 pulgada cúbica de 
agua. 
 
 Son reversibles, admiten sobrevelocidades esporádicas sin recibir daño alguno, no 
requieren filtros, admiten el paso de partículas extrañas y permiten desmontar fácilmente la unidad 
de medida sin necesidad de desmontar el conjunto completo. 
 
 Su ajuste es sencillo y son de fácil calibración mientras el instrumento esta bajo presión y 
sin pérdida de líquido. 
 
 Se aplican en la medición de caudales de crudos y productos petrolíferos. Su tamaño varía 
de 3 a 12".La precisión es de  0,2 %, con una pérdida de carga de 5 PSI y con un margen de 
caudal de 5 a 1. 
 
 
 119 
 
 
 
 
 
Fig. 5.38 Medidor birrotor. 
 
Los medidores ovales 
 
Disponen de dos ruedas ovales que engranan entre sí y tienen un movimiento de giro 
debido a la presión diferencial creada por el líquido. La acción del líquido va actuando 
alternativamente sobre cada una de las ruedas dando lugar a un giro suave de un par casi 
constante. La cámara de medida y las ruedas están mecanizadas con gran precisión para 
conseguir un deslizamiento mínimo entre las mismas, sin formación de bolsas o espacios muertos 
en la cámara de medida y barriendo completamente la misma en cada rotación. 
 
 De este modo, la medida es prácticamente independiente de variaciones en la densidad y 
en la viscosidad del líquido. 
 
La precisión es de  0,5 % del caudal total. Los tamaños varían de ½ a 3”. 
 
 
Fig. 5.39 Medidor oval 
 
 
 
 
 
 
 120 
Accesorios 
 
Los medidores de desplazamiento positivo pueden tener ligados varios tipos de 
transductores entre los cuales se encuentran: 
 
Transductor de impulsos por microrruptor eléctrico o neumático 
 
 En que el eje del medidor acciona un interruptor por medio de una leva. El interruptor está 
conectado a un contador electromecánico de baja velocidad. 
 
Transductor de impulsos por sensor magnético 
 
 Que utiliza un rotor con unos pequeños imanes embebidos en él y un captador magnético 
situado en el exterior de la caja del rotor. Al girar el rotor los pequeños imanes que contiene cortan 
el flujo del captador generando un tren de ondas senoidales de impulsos que es amplificado y 
acondicionado obteniéndose así impulsos de ondas cuadradas aptos para circuitos convertidores o 
integradores. 
 
Transductor de impulsos por disco ranurado 
 
 Cual principio de funcionamiento es el siguiente: el bobinado primario L1 genera 
continuamente una onda de alta frecuencia de 1 MHz. Al girar el disco ranurado por la acción del 
medidor de caudal interrumpe el flujo magnético de la bobina L1 y como resultado se forma otra 
onda en el arrollamiento secundario L2. Esta onda es rectificada en el detector y enviada al 
acondicionador donde se obtiene una onda de salida cuadrada proporcional al régimen de caudal. 
 
Generador tacométrico : 
 
 Genera una señal en c.c. de 0-100 mV proporcional al caudal. En su forma más 
sencilla consiste en un generador de c.c. con estator de imán permanente y rotor bobinado. La 
precisión es bastante elevada, de] orden de 0,01 % para velocidades medias. 
 
Transductor de impulsos fotoeléctrico : 
 
 Genera una onda cuadrada que varía de 0 a 10 V. Consiste en una lámpara de filamento, 
un disco con sectores alternativamente opacos y translúcidos y una fotocélula. La variación en la 
intensidad de la luz que se produce en la fotocélula cambia la resistencia en la tensión de salida 
produciendo impulsos a cada paso de zonas de opaca a translúcidas del disco. 
 
Combinados con estos transductores se encuentran otros tipos de accesorios: 
 
- Convertidor de frecuencia-tensión. 
- Convertidor de frecuencia-corriente. 
- Totalizador electromecánico con reset manual. 
- Totalizador electromecánico con predeterminador para procesos discontinuos. 
- Totalizador neumático con programador para procesos discontinuos.