Caudal másico frente a caudal volumétrico. ¿Cuál es la diferencia?

Una pregunta frecuente es: ¿cuál es la diferencia entre el caudal másico y el caudal volumétrico? ¿Y cuándo se necesita cada tipo de medición? Comprender la diferencia entre el caudal másico y el caudal volumétrico es esencial a la hora de supervisar los servicios públicos en entornos industriales y sistemas de aire comprimido, donde una interpretación incorrecta del caudal afecta directamente al consumo energético, la estabilidad de los procesos, la calidad del producto y el control de costes. Para medir el aire comprimido y gases técnicos como el argón, el CO₂ y el nitrógeno, la medición del caudal másico presenta claras ventajas frente a la medición del caudal volumétrico. Este artículo ofrece información sobre la medición del caudal másico frente al caudal volumétrico y cuándo utilizar cada principio de medición, así como conocimientos prácticos sobre cómo convertir una unidad en la otra.

¿Qué es el caudal volumétrico?

El caudal volumétrico, también denominado caudal real, es el volumen de medio que se desplaza por unidad de tiempo (medición del caudal en condiciones de funcionamiento). Las unidades habituales para el caudal volumétrico son m³/h, m³/min, CFM o ACFM. El volumen es la cantidad de sustancia que ocupa un espacio tridimensional. Cuando el volumen es un gas, este se expandirá o contraerá con las variaciones de temperatura y/o presión. Al aumentar la temperatura, el espacio ocupado por el volumen aumentará. Al aumentar la presión, el volumen disminuirá. Por lo tanto, en la medición del caudal volumétrico, hay que tener en cuenta la temperatura y la presión del gas.

Por ejemplo: una tubería de aire comprimido puede indicar 500 m³/h a 7 bar(g) y 20 °C. Si la temperatura aumenta o la presión disminuye, el caudal volumétrico medido en m³/h variará, aunque la cantidad real de aire (masa) utilizada por el proceso siga siendo exactamente la misma.

¿Qué es el caudal másico?

El caudal másico es la medida de la masa que se desplaza por unidad de tiempo. Esta masa viene representada por el número de moléculas de una sustancia. La masa de un gas no varía con los cambios de temperatura y presión; el peso permanece constante. El caudal másico puede expresarse, por ejemplo, en kg/h y lb/min. Las unidades de medida del gas se calculan en metros cúbicos estándar por hora (m³/h) o pies cúbicos estándar por minuto (SCFM). Consulte este artículo para obtener más información sobre el caudal másico y sus cálculos.

Cuándo utilizar un caudalímetro volumétrico o un caudalímetro másico

Se recomienda el uso de caudalímetros volumétricos para medir el caudal volumétrico del gas cuando no se requiere una alta precisión. Sin embargo, al comparar los resultados, un caudalímetro volumétrico requiere una compensación adicional de temperatura y presión. Por el contrario, los caudalímetros másicos miden el caudal independientemente de la presión y la temperatura del gas. Por lo tanto, las mediciones de caudal másico son más fiables y ofrecen una mayor precisión y repetibilidad.

Cómo convertir el caudal másico en caudal volumétrico

Es evidente que los caudalímetros másicos ofrecen numerosas ventajas. Sin embargo, muchas personas del sector siguen acostumbradas a expresar los caudales en volumen. Esto se debe a que, históricamente, la mayoría de los instrumentos de medición han medido el caudal volumétrico. Afortunadamente, un caudalímetro másico puede indicar fácilmente los caudales en volumen. Esto se consigue incorporando el volumen (es decir, el diámetro de la tubería) al caudalímetro.

Condiciones de referencia europeas

Una referencia europea habitual se encuentra en 0 °C y 1 013 bar. A esto se le puede denominar «condición de referencia normal». La condición de referencia normal se caracteriza por un «n» como subíndice en la unidad, por ejemplo, m_n/s o m³_n/hora.

Cabe señalar que la condición de referencia normal europea no es la única norma vigente en el sector. Existe otra condición de referencia estándar europea que se establece en 20 °C y 1,013 bar. Esta condición de referencia estándar se indica mediante una «s» como subíndice en la unidad, por ejemplo,_ls/min.

Condiciones de referencia estadounidenses

Las condiciones de referencia estándar estadounidenses no coinciden con las condiciones de referencia normales europeas. Se indican con una «S» como primera letra de la unidad, como en el caso de SCFM. Por lo tanto, las condiciones de referencia son 20 °C y 1 bar.

Por otra parte, ACFM (abreviatura de «pies cúbicos reales por minuto») es el caudal volumétrico. Tanto ACFM como SCFM se utilizan para especificar compresores, por lo que conviene tener en cuenta la diferencia.