Un medidor de flujo ultrasónico es un tipo de medidor de flujo que mide la velocidad de un fluido con ultrasonido para calcular el flujo volumétrico. Usando transductores ultrasónicos , el medidor de flujo puede medir la velocidad promedio a lo largo de la trayectoria de un haz de ultrasonido emitido, promediando la diferencia en el tiempo de tránsito medido entre los pulsos de ultrasonido que se propagan hacia y contra la dirección del flujo o midiendo el cambio de frecuencia del efecto Doppler . Los medidores de flujo ultrasónicos se ven afectados por las propiedades acústicas del fluido y pueden verse afectados por la temperatura, la densidad, la viscosidad y las partículas suspendidas según el medidor de flujo exacto. Varían mucho en precio de compra, pero a menudo son económicos de usar y mantener porque no usan partes móviles , a diferencia de los medidores de flujo mecánicos.
Existen tres tipos diferentes de caudalímetros ultrasónicos. Los caudalímetros de transmisión (o de tiempo de tránsito de contrapropagación) se pueden distinguir en variedades en línea (intrusivas, humedecidas) y de pinza (no intrusivas). Los caudalímetros ultrasónicos que utilizan el desplazamiento Doppler se denominan caudalímetros de reflexión o Doppler. El tercer tipo es el caudalímetro de canal abierto. [1]
Los medidores de flujo ultrasónicos miden la diferencia entre el tiempo de tránsito de los pulsos ultrasónicos que se propagan a favor y en contra de la dirección del flujo. Esta diferencia de tiempo es una medida de la velocidad promedio del fluido a lo largo de la trayectoria del haz ultrasónico. Al utilizar los tiempos de tránsito absolutos y , se pueden calcular tanto la velocidad promedio del fluido como la velocidad del sonido . Utilizando estos dos tiempos de tránsito, la distancia entre los transductores de recepción y transmisión y el ángulo de inclinación , si asumimos que el sonido tiene que ir en contra del flujo cuando va aguas arriba y a lo largo del flujo cuando va aguas abajo, [2] entonces se pueden escribir las siguientes dos ecuaciones a partir de la definición de velocidad :
y
Sumando y restando las ecuaciones anteriores se puede resolver y ,
y
donde es la velocidad media del fluido a lo largo de la trayectoria del sonido y es la velocidad del sonido.
Otro método de medición de flujo ultrasónico es el uso del efecto Doppler que resulta de la reflexión de un haz ultrasónico sobre materiales que reflejan el sonido , como partículas sólidas o burbujas de aire arrastradas en un fluido que fluye, o la turbulencia del propio fluido, si el líquido está limpio.
Los caudalímetros Doppler se utilizan para lodos , líquidos con burbujas y gases con partículas que reflejan el sonido.
Este tipo de medidor de flujo también se puede utilizar para medir la velocidad del flujo sanguíneo . Al pasar un haz ultrasónico a través de los tejidos, rebotarlo en una placa reflectante, luego invertir la dirección del haz y repetir la medición, se puede estimar el volumen del flujo sanguíneo . La frecuencia del haz transmitido se ve afectada por el movimiento de la sangre en el vaso y al comparar la frecuencia del haz ascendente con la descendente se puede medir el flujo de sangre a través del vaso. La diferencia entre las dos frecuencias es una medida del flujo volumétrico real. También se puede utilizar un sensor de haz ancho para medir el flujo independientemente del área de la sección transversal del vaso sanguíneo.
En este caso, el elemento ultrasónico mide la altura del agua en el canal abierto; en función de la geometría del canal, se puede determinar el caudal a partir de la altura. El sensor ultrasónico suele incluir también un sensor de temperatura, ya que la velocidad del sonido en el aire se ve afectada por la temperatura.
