Medidor de CoriolisEn 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.

Existen varios métodos para medir el caudal según sea el tipo de caudal volumétrico o másico deseado. Entre los transductores más importantes figura El medidor de Coriolis.

Este instrumento, se basa en el teorema de Coriolis, matemático francés (1795-1843) que observó que un objeto de masa m que se desplaza con una velocidad lineal V a través de una superficie giratoria, que gira con velocidad angular constante w, experimenta una velocidad tangencial (velocidad angular × radio de giro) tanto mayor cuanto mayor es su alejamiento del centro. Si el móvil se desplaza del centro hacia la periferia experimentará un aumento gradual de su velocidad tangencial, lo cual indica que se le está aplicando una aceleración y, por lo tanto, una fuerza sobre su masa. Como el radio de giro va aumentando gradualmente, la velocidad tangencial también varía, con lo que se concluye que una variación de velocidad comporta una aceleración que, a su vez, es debida a una fuerza que actúa sobre la bola. Estas son, respectivamente, la aceleración y la fuerza de Coriolis. La fuerza de Coriolis es, pues, una manifestación de la inercia del objeto según la primera ley del movimiento de Newton. Además, también es válida la segunda ley de Newton (Fuerza = Masa × Aceleración), lo que permite, al hacer circular el fluido por un tubo especial provisto de un mecanismo de vibración y de sensores de la fuerza desarrollada, determinar el caudal masa del fluido.

Puede entenderse el teorema de Coriolis, situando por ejemplo, una bola de acero en el centro de un disco giratorio lleno de grasa, que actúa como freno, y al hacerlo girar, la bola describe una línea curva hasta salir del disco. Durante su recorrido tiene una velocidad tangencial igual a la velocidad angular del disco multiplicada por la distancia al centro de giro. Esta velocidad tangencial va aumentando a medida que la bola se aleja del centro del disco, lo que, tal como se ha dicho, evidencia la existencia de una aceleración y, por lo tanto, de una fuerza.

Esta es la causa de que todos los vientos de la circulación general que soplan desde el Norte al Sur en el hemisferio Norte son desviados, debido a la rotación de la Tierra de Oeste a Este, gracias a la fuerza de Coriolis sobre las masas de aire de los cinturones de presión, constituyendo en el cinturón 30° N -60° N, los vientos predominantes del Oeste y en el cinturón O° N - 30° N, los vientos alisios.

Por otro lado, el célebre péndulo de Foucault también demuestra el fenómeno. Situado en cualquier punto de la Tierra gira con una velocidad directamente proporcional al seno de la latitud del lugar y así el tiempo de una rotación es inversamente proporcional al valor de dicho seno. De este modo un péndulo situado a 45° gira una vez cada 1,4 días (seno 45° = 0,7 y 1/0,7 = 1,4) y a 30° (seno 30° = 0,5 y 1/0,5 = 2) cada 2 días.

Asimismo, la torsión de una manguera de agua al dejar libre su extremo, es otra evidencia de la fuerza de Coriolis.

La generación de la fuerza de Coriolis puede producirse básicamente de dos formas:

a) Por inversión de las velocidades lineales del fluido mediante la desviación de un bucle en forma de omega (Ω) en estado de vibración controlada

La vibración del tubo es perpendicular al sentido de desplazamiento del fluido, tiene una amplitud de unos 2 mm y una frecuencia de 80 ciclos/minuto próxima a la frecuencia natural del tubo. Cuando en la mitad de un ciclo el tubo se mueve hacia arriba, el líquido que entra es forzado a subir y, debido a su inercia, empuja el tubo hacia abajo con una fuerza (Coriolis) en cada unidad de masa que depende del radio de giro. Al pasar al tubo de salida, la velocidad del movimiento vertical se reduce, ya que al progresar dentro de la tubería va disminuyendo el radio de giro, con lo que, debido a su inercia, crea una fuerza hacia arriba.

De este modo, se genera un par cuyo sentido va variando de acuerdo con la vibración y con el ángulo de torsión del tubo, y que es directamente proporcional a la masa instantánea de fluido circulante.

siendo

Bibliografía

Creus, A. (2011). Instrumentación Industrial (Octava ed.). Mexico D.F.: Alfaomega. Recuperado el 06 de Septiembre de 2015