Sírvase un café de una máquina, póngase una cerveza de un grifo o llene una botella en un dispensador de agua, y es muy probable que un caudalímetro haya hecho su trabajo en algún punto del sistema. Estos pequeños sensores controlan exactamente cuánto líquido circula por un sistema y, en la producción de alimentos y bebidas, esa tarea es más importante de lo que la mayoría imagina. Si la medición es incorrecta, el resultado pueden ser bebidas inconsistentes, producto desperdiciado o, peor aún, un problema de higiene que nadie quiere tener que explicar a un inspector sanitario.
En este artículo explicamos cómo funcionan realmente los caudalímetros, dónde se encuentran en el sector de los alimentos y bebidas y qué otras tecnologías de medición compiten para realizar la misma función. Al final, comprenderá por qué los caudalímetros ultrasónicos y, concretamente, el principio de tiempo de vuelo utilizado en los sensores de Allengra se han convertido en la opción preferida para aplicaciones higiénicas y aptas para uso alimentario.
¿Cómo funcionan los caudalímetros?
No todos los caudalímetros funcionan de la misma manera, pero los más adecuados para alimentos y bebidas utilizan un método denominado medición ultrasónica por tiempo de vuelo.
Imagine dos pequeños transductores ultrasónicos instalados en extremos opuestos de un conducto de flujo, uno aguas arriba y otro aguas abajo. Cada transductor puede enviar y recibir ondas sonoras. La secuencia es la siguiente:
El transductor situado aguas arriba emite una onda sonora que viaja en la misma dirección que el flujo del líquido, hacia el sensor situado aguas abajo.
El transductor situado aguas abajo emite una onda sonora de vuelta, en sentido contrario al flujo, hacia el sensor aguas arriba.
Se mide el tiempo de ambas ondas. La que viaja a favor del flujo llega más rápido (t1), mientras que la que avanza contra la corriente tarda un poco más (t2).
Esa diferencia, con t1 menor que t2, indica al sensor a qué velocidad se mueve el líquido y en qué dirección.
Nada de esto requiere que el sensor toque o interfiera con el líquido. Como la medición se realiza sin contacto con el líquido, hay menos componentes expuestos a residuos de leche, jarabe o cerveza que puedan albergar bacterias u obstruirse con el tiempo, algo fundamental en cualquier entorno alimentario.
Los caudalímetros ultrasónicos tampoco tienen piezas móviles, como palas o engranajes, por lo que nada en su interior se desgasta ni se atasca. Las microvibraciones en la superficie del sensor generan un suave efecto de autolimpieza, que mantiene la precisión del caudalímetro incluso con líquidos que no están perfectamente limpios. En las líneas de bebidas, donde los jarabes, la pulpa o los minerales pueden acumularse en otros equipos, esta resistencia a la suciedad resulta muy valiosa.
Los sensores ultrasónicos modernos hacen mucho más que contar el flujo. Los diseños de Allengra incluyen medición de temperatura integrada, con tiempos de respuesta inferiores a 0,25 segundos (T09 < 0.25 sec), lo bastante rápidos como para seguir el calentamiento de un espresso durante su preparación. Algunos modelos también detectan burbujas de gas en la línea, una función que explicamos más adelante.
Dónde aparecen realmente los caudalímetros en la producción de alimentos y bebidas
Muchos caudalímetros están instalados en el interior de plantas industriales. Sin embargo, muchos otros forman parte de equipos que las personas utilizan directamente, desde una máquina de café de oficina hasta un dispensador de agua de un establecimiento. Las principales aplicaciones son las siguientes.
Las máquinas automáticas de café son uno de los principales casos de uso. Cada extracción requiere un volumen de agua preciso y el agua suele estar cerca del punto de ebullición, por lo que el sensor debe ofrecer precisión y soportar altas temperaturas. Aquí es donde la rápida respuesta térmica resulta realmente importante: un sensor RTD convencional tiene dificultades para seguir la rapidez con la que se calienta el agua durante la preparación, mientras que un sensor ultrasónico de alta velocidad puede monitorizarla en tiempo real. El Micro Flow Meter 2nd Gen de Allengra se diseñó precisamente para este tipo de aplicación: pesa menos de 50 gramos y alcanza una precisión de ±2 % en un diseño compacto de conexión push-fit.
Los dispensadores de agua y refrescos
Necesitan una precisión similar, especialmente en entornos comerciales donde cientos de raciones al día deben servirse siempre con el mismo volumen.
Exprimidores
La pulpa y la fibra ensucian los sensores mecánicos. Como los caudalímetros ultrasónicos no tienen ningún elemento giratorio dentro del conducto de flujo, resisten mejor el paso del tiempo.
Dispensadores automáticos de cerveza
La cerveza está carbonatada, lo que dificulta su medición. Un caudalímetro mecánico con una turbina giratoria se ve afectado por las burbujas del conducto de flujo, lo que produce un servicio irregular. Los sensores ultrasónicos evitan este problema, y los diseños de Allengra tienen en cuenta las bebidas carbonatadas, ofreciendo mediciones precisas independientemente de la presión o la temperatura hasta el momento del dispensado. El Micro Flow Meter 2nd Gen también admite la limpieza estándar con bola de esponja ∅9.5mm.
Dosificación de jarabe y CO2
La dosificación es menos visible para el consumidor, pero resulta fundamental para el fabricante. Conseguir la proporción correcta de jarabe y agua en una línea de bebidas, a veces con una dilución de hasta 1:200, determina que todas las botellas tengan el mismo sabor. La dosificación de CO2 en las líneas de carbonatación sigue la misma lógica: demasiado poco y la bebida queda sin gas; demasiado y resulta excesivamente gaseosa. Un caudalímetro controla esta etapa de dosificación y mantiene estable la proporción de un lote a otro.
Detección de burbujas y envases vacíos
En una máquina de café, un recipiente de leche vacío no siempre se detecta de inmediato, y la bomba puede seguir aspirando aire en lugar de leche durante varios ciclos antes de que alguien lo advierta. Un sensor que detecta burbujas de aire en el flujo identifica el problema con antelación, evitando ciclos desperdiciados y manteniendo constante la calidad de la bebida.
En todas estas aplicaciones, los microsensores de Allengra comparten unas especificaciones generales comunes:
Rango de caudal: aproximadamente de 0,02 a 5 litros por minuto, según la variante
Presión de funcionamiento: hasta 10 o 16 bar
Temperatura: hasta 105 °C, desde el dispensado de agua fría hasta la preparación de café casi hirviendo
La página de la industria de alimentos y bebidas de Allengra recoge la gama completa de aplicaciones y casos de uso.
Otros tipos de caudalímetros utilizados en alimentos y bebidas
Los ultrasonidos no son la única opción, y las alternativas explican por qué los fabricantes suelen decantarse por ellos de todos modos.
Los caudalímetros de turbina y mecánicos utilizan un pequeño rotor giratorio o una rueda de paletas dentro del conducto de flujo. Son sencillos y económicos, pero esa pieza giratoria también es su punto débil: se desgasta con el tiempo, se ve afectada por las partículas o las burbujas del líquido y requiere un mantenimiento más frecuente cuando los líquidos no están perfectamente limpios.
Los caudalímetros electromagnéticos (magnéticos) funcionan mediante la ley de Faraday y detectan, en esencia, la tensión generada cuando un líquido conductor atraviesa un campo magnético. Son precisos y se utilizan ampliamente para agua y leche, pero tienen una limitación: solo funcionan con líquidos conductores. Los aceites, los jarabes y otros ingredientes de bebidas simplemente no generan una lectura en un caudalímetro magnético, lo que limita sus posibilidades de uso en una línea de producción con distintos tipos de líquidos.
Los caudalímetros Coriolis miden directamente el caudal másico detectando cómo se retuerce un tubo vibratorio cuando el líquido lo atraviesa. Se consideran una referencia de máxima precisión y pueden medir simultáneamente la densidad y la temperatura. La contrapartida son el tamaño, el coste y la pérdida de presión. Los caudalímetros Coriolis suelen ser más voluminosos y caros que las alternativas ultrasónicas, lo que dificulta su integración en aplicaciones OEM compactas, como una máquina de café o un dispensador de sobremesa, donde cada gramo y cada centímetro cúbico de espacio cuentan.
Cada una de estas tecnologías tiene su lugar, y las tuberías industriales de mayor tamaño a veces utilizan caudalímetros Coriolis o magnéticos por buenas razones. Sin embargo, para equipos compactos, higiénicos e integrados en aplicaciones OEM de alimentos y bebidas, los sensores ultrasónicos suelen reunir más ventajas a la vez: no tienen piezas móviles, funcionan con prácticamente cualquier líquido, sea conductor o no, son lo bastante compactos para espacios reducidos y se limpian por sí mismos, sin necesidad de mantenimiento adicional.
Por qué los ultrasonidos son la mejor opción para alimentos y bebidas
Los ultrasonidos no son la mejor opción en todos los casos. Medir miles de litros por hora en una gran tubería industrial puede hacer que otra tecnología resulte más rentable. Sin embargo, para las aplicaciones que definen la mayor parte del sector de alimentos y bebidas —dispensadores, máquinas de café, sistemas de dosificación y líneas de productos lácteos—, la combinación de diseño higiénico, ausencia de piezas móviles y flexibilidad ante distintos tipos de líquidos es difícil de igualar.
Los sensores ultrasónicos también son silenciosos, comienzan a medir desde un caudal cero (algunos caudalímetros mecánicos necesitan superar un umbral mínimo antes de registrar algo) y leen el flujo en ambas direcciones. Con materiales aprobados para uso alimentario y certificaciones para agua potable cuando corresponde, el sensor puede integrarse directamente en equipos destinados a entrar en contacto con alimentos y bebidas.
Si está diseñando un equipo para medir café, leche, zumo, refrescos o cerveza con precisión y sin añadir mantenimiento, merece la pena evaluar un sensor ultrasónico compacto según su rango de caudal y tipo de conexión específicos. La página de la industria de alimentos y bebidas de Allengra explica las aplicaciones con más detalle, mientras que las páginas de producto del Micro Flow Meter 2nd Gen y del Inline Micro Flow Meter incluyen todas las especificaciones técnicas para comparar los valores.
