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INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

Los caudalímetros o medidores de flujo, monitorean, regulan y controlan el flujo de gases y fluidos industriales. Los medidores de flujo también miden otros parámetros de líquidos y gases comúnmente utilizados en los procesos de control e instrumentación de industrias y son típicamente elegidos basándose en la naturaleza del fluido que está siendo calibrado. Las consideraciones para la selección del caudalímetro incluyen la viscosidad del líquido, presión de trabajo, temperatura, y velocidad de flujo, todos los cuales deben medirse de antemano.

Un caudalímetro es un dispositivo que mide el movimiento de fluido en un conducto o en un espacio abierto. Este fluido puede ser agua, productos químicos, aire, gas, vapor o sólidos. Algunos de los tipos más comunes de medidores de flujo incluyen el Coriolis, magnético, por ultrasonidos, vórtice, a turbina y multifase. Los caudalímetros están hechos de varias tecnologías básicas. Cada tipo tiene un nicho, pero en general se pueden utilizar también para otras aplicaciones.

Tipos de medidores de flujo

Los medidores de flujo Coriolis son medidores de torsión que se utilizan para medir el flujo de masa a diferencia del flujo volumétrico. Estos medidores son conocidos por sus lecturas precisas, sin embargo su tamaño es limitante.

Medidores magnéticos de flujo, se utilizan generalmente para aplicaciones de agua. Estos se limitan a los fluidos conductores y operan con un generador de voltaje.

Caudalímetros másicos, están diseñados para su uso en flujos de gas, donde la presión y la temperatura son variables. Estos miden la tasa de flujo en términos de la masa de la sustancia fluida y tiene unidades tales como libras / min.

Medidores de flujo másico de gas, estos se ven menos afectados por la densidad, presión y viscosidad del fluido. Estos usan transductores de presión diferencial y sensores de temperatura.

Medidores de flujo multifase, son tipos avanzados de caudalímetros que miden con precisión las velocidades de flujo de petróleo, gas y agua. Estos caudalímetros no tienen partes móviles y no pueden causar separación o mezcla.

Medidores de flujo de desplazamiento positivo, se utilizan para medir la velocidad de flujo de fluidos en las zonas donde una tubería recta no es posible.

Medidores de flujo de turbina, se utilizan principalmente para los líquidos y los gases. Estos funcionan mejor para aplicaciones que tienen flujos constantes y de alta velocidad .

Caudalímetros ultrasónicos, son eficaces para medir los gases naturales. Estos medidores son no-intrusivos y no producen ninguna caída de presión. Es importante que los medidores de flujo ultrasónicos trabajen sobre fluidos limpios.

Medidores de flujo ultrasónico Doppler, se utilizan en lodos y aplicaciones de aguas residuales. Estos utilizan el principio del efecto Doppler para medir la velocidad de flujo.

Medidores de flujo de área variable, más comúnmente conocidos como rotámetros, se utilizan para medir el caudal lineal de gases y líquidos limpios.

Los medidores de velocidad de flujo y los sensores de flujo miden el caudal en función de la rapidez con que el gas o el líquido se mueven. La medida de velocidad usa unidades tales como pies / seg, metros/seg. Etc..

Los medidores de flujo volumétrico  miden el caudal en términos de la cantidad de material que está fluyendo y usan unidades tales como mL / min.

Los caudalímetros de vórtices se utilizan principalmente como alternativa a los caudalímetros de presión diferencial. Estos medidores funcionan mejor con fluidos limpios, de baja viscosidad y de velocidad media a alta.

Los medidores de flujo Vórtex Shedding son adecuados para el flujo de agua y el flujo de refrigerante. No son contadores mecánicos como los de desplazamiento positivo o medidores de turbina y no se obstruyen.

Caudalímetros industriales electromagnéticos.

Desde la invención en los 1790s del caudalímetro de tipo mecánico de turbina Woltman, los profesionales de la automatización han estado buscando un caudalímetro que funcione en todas las aplicaciones. Por desgracia, hay 12 tecnologías de medición de caudal en uso común por una razón muy buena. Ninguna tecnología de flujo sola funciona bien o incluso aceptablemente, en todas las aplicaciones.

De las tecnologías de flujo de base más amplia, la que trabaja en la mayoría de las aplicaciones, a través de la mayoría de las industrias y con mayor precisión incluso que la presión diferencial es el medidor de flujo electromagnético, flujómetro magnético o caudalímetro electromagnético. Los caudalímetros magnéticos se utilizan en todos los sectores de proceso vertical: agua, aguas residuales, minería y minerales, servicios públicos, alimentos y productos farmacéuticos. Los caudalímetros magnéticos están diseñados para el manejo de casi todos los productos químicos a base de agua y lodos y están recubiertos con protección anticorrosiva y resistente a la abrasión e incluso con diseños de limpieza in situ (CIP) para aplicaciones sanitarias.

Los caudalímetros magnéticos también se hacen en la más amplia gama de tamaños que cualquier tecnología de medidor de flujo, ya que se pueden ampliar casi infinitamente. El primer uso de la tecnología estaba en las esclusas enormes que drenaban el Zuider Zee en Holanda en la década de 1950, y por lo general los proveedores suministran una gama de tamaños desde ½ pulgadas (12 mm) hasta 36 pulgadas (914 mm), con varios proveedores suministrando tamaños extendidas hasta 120 pulgadas (3048 mm). Varios proveedores venden tamaños por debajo de ½ pulgadas también. ¿Cómo es posible escalar hacia arriba y hacia abajo en términos generales?,  esto está directamente relacionado con la tecnología.

¿Cómo funciona un medidor de flujo electromagnético?

En 1831, Michael Faraday formuló la ley de la inducción electromagnética que lleva su nombre. Tal como se utiliza en un caudalímetro electromagnético, las bobinas se colocan paralelas al flujo y en ángulo recto a un conjunto de electrodos a los lados de la tubería, generando un campo magnético permanente. El propio tubo debe ser no magnético y forrado con un material no magnético, tal como plástico, caucho o teflón. Cuando el fluido (que debe ser conductivo y libre de burbujas) pasa a través de las bobinas, un pequeño voltaje se induce en los electrodos, que es proporcional a la desviación del campo magnético. Por la ley de Faraday, esta deflexión es la suma de todos los vectores de velocidad que inciden en el campo magnético.

Los caudalímetros electromagnéticos  modernos operan en un principio de campo de conmutación de corriente continua para reducir a cero el ruido que pueda ser inducido a partir de inducciones de radio frecuencia, inducciones electromagnéticas y el ruido eléctrico presente en el fluido de proceso. Estos siguen un régimen de apagado del campo, medición de la tensión que aún está siendo inducida en los electrodos, y  a continuación, encendiendo el campo de nuevo y restando el voltaje en estado APAGADO del voltaje en estado ACTIVADO. Esto lo hacen varias veces por segundo, lo que reduce la deriva del cero a casi nada.

Lo que esto significa para los profesionales de la automatización es que el voltaje inducido en los electrodos es directamente proporcional a la velocidad media en la tubería, y es por tanto significativamente más preciso que cualquier otro principio de medición de velocidad basado en que sólo mide en un punto o la velocidad de línea. De hecho, el medidor de flujo electromagnético es generalmente considerado el medidor de caudal más preciso y  de mayor aplicación en uso actualmente.

La precisión del caudalímetro electromagnético es notable, acercándose a la precisión de los caudalímetros de desplazamiento positivo. A menudo son utilizados para  custodia de transferencia cuando el flujo es de duración relativamente larga. La precisión típica de un medidor de flujo electromagnético es de 0,5% del valor medido desde 0,3 pies por segundo a 33 pies por segundo (0,1 a 10 m por segundo) de velocidad. Algunos fabricantes indican incluso mayores precisiones sobre porciones del  rango de flujo, hasta 0,1% de tasa de flujo indicado.

Donde los medidores electromagnéticos no funcionaran

Los caudalímetros electromagnéticos tienen una aplicación tan amplia que es más fácil de decir dónde no van a trabajar en la lista de todas las aplicaciones en las que lo harán.

No funcionarán cuando la tubería no está llena (con la excepción de algunas versiones diseñadas específicamente para esta aplicación). Si el tubo no está lleno, habrá un error significativo. Uno de los errores de la aplicación más comunes de medidores electromagnéticos de flujo está en una línea de alimentación por gravedad descargando a la atmósfera en un tanque. Muy a menudo, a flujos muy bajos, la tubería no está realmente llena, y el medidor de flujo indica con error. Si el llenado del tubo desciende por debajo de la línea de los electrodos, el medidor no indicará nada en absoluto. A veces, las aplicaciones como esta están diseñados con un tubo en U en la línea, que se supone que debe mantener lleno el tubo en todo momento. Y, a veces esto realmente funciona.

No funcionarán cuando la tubería está llena de gas atrapado o aire. Esto cambia el volumen calculado de la tubería y cambia el flujo volumétrico a través del medidor de manera incontrolada que es proporcional a la cantidad de burbujas (o fracción de espacios) en el tubo.

No funcionan bien cuando el flujo se inicia y se detiene repetidamente porque hay un retraso entre el momento en que el flujo se inicia y la velocidad correcta es leída por el medidor. Esto significa que (nuevamente, con la excepción de algunas unidades que están específicamente diseñadas para ser muy rápidas) los medidores electromagnéticos de flujo no trabajan bien en las operaciones de procesamiento por lotes de corta duración.

No leen en unidades de flujo de masa, pero cuando se combinan con un dispositivo de medición de  densidad auxiliar (a menudo, para tubos de mayor diámetro un densímetro gamma nuclear), estos pueden producir una medición de masa de flujo de alta precisión. Esta combinación de dispositivos se utiliza regularmente en cualquier situación de desplazamiento de fluido a base de agua donde el tamaño de la tubería es mayor de 12 pulgadas (nominalmente 300 mm). Esta aplicación se encuentra comúnmente en la industria minera y en aplicaciones de dragado en puertos y ríos de todo el mundo.

Lo más importante es que no funcionan en líquidos no conductores o de gases en absoluto. La conductividad mínima de un fluido se considera generalmente ser de 5 µS (microsiemens) antes de que un medidor de flujo electromagnético pueda medir su velocidad. En la práctica, no es aconsejable utilizar un medidor de flujo electromagnético en un fluido cuya conductividad promedio sea tan baja.

Por último, los medidores electromagnéticos  (excepto otra vez las  unidades especialmente diseñadas) tienen problemas para trabajar con fluidos con una conductividad muy alta o muy variable. Salmuera, solución salina y agua de mar, son ejemplos de este tipo de fluido.

Utilizando caudalímetros electromagnéticos

Hay algunas reglas simples para el uso de medidores electromagnéticos de caudal, las cuales, si son seguidas, producirán una aplicación satisfactoria.

Recorrido recto

Los flujómetros magnéticos necesitan menos recorridos directos que la mayoría de los medidores de flujo, a menudo tan sólo tres diámetros corriente arriba del plano del electrodo (la línea central del cuerpo del medidor, por lo general), y ningún diámetro recto corriente abajo. Sin embargo, hay circunstancias en las que la mejor opción es ir con trazados lo más rectos posibles que usted pueda conseguir. Por ejemplo, el flujo en espiral (remolino en el conducto) puede propagarse por cientos de diámetros después de un giro en tres dimensiones en la tubería. El flujo en espiral provoca una inexactitud grave en un medidor de flujo electromagnético, a veces tanto como 40% del valor medido.

Montaje vertical

Una de las formas para asegurarse de que se tiene un perfil de flujo completamente desarrollado en movimiento a través del medidor es montar el caudalímetro electromagnético de manera que el flujo pase a través del dispositivo en dirección vertical. Esto ayuda en casos de flujo en espiral y también ayuda a reducir el arrastre de aire.

Tamaño correcto

Aunque un caudalímetro electromagnético operará sobre todo el rango desde 0,3 fps a 33 fps (0,09 a 10 metros por segundo) de velocidad, no es recomendable instalar un medidor de flujo electromagnético que vaya a operar permanentemente en el extremo inferior de ese rango. En aplicaciones en las que hay sólidos, esto puede causar la acumulación de sólidos dentro del tubo de flujo y a veces en los propios electrodos. Si la acumulación se produce en el interior del tubo de flujo, el volumen calculado se encuentra ahora con error, y si la acumulación se produce en los electrodos, las propiedades aislantes de la acumulación pueden reducir la tensión o sacar de funcionamiento el circuito completo. O también puede causar lecturas inexactas. Es mejor adecuar el tamaño del medidor de caudal a un flujo normal que sea de aproximadamente el 60% del máximo para el tamaño del tubo, y si es necesario, instalar un trazado de medición diseñado adecuadamente. Afortunadamente, para un medidor electromagnético de flujo, ese trazado de medición no necesita ser tan largo como lo demanda algunas tecnologías para la medición de flujo.

Conexión a tierra correcta

Recuerde que la sección de tubo del medidor de flujo electromagnético debe ser no conductiva para que el circuito funcione. Los componentes electrónicos que procesan el voltaje inducido, sin embargo, son susceptibles de interferencias si no están debidamente colocados a tierra. Todos los proveedores de dispositivos disponen de procedimientos de puesta a tierra, que usted puede ignorar a su propio riesgo.

Temperatura y presión

Los caudalímetros electromagnéticos están diseñados para trabajar a temperaturas y presiones moderadas y no deben ser excedidos por encima o debajo de las especificaciones. Los caudalímetros electromagnéticos no se debe operar cuando el vacío se pueda formar en el interior del tubo de flujo a menos que estén específicamente diseñados para ese servicio. Esto es así sobre todo cuando existe un revestimiento en poliuretano prensado o de teflón, ya que el vacío puede tirar del forro despegándolo del medidor, causando un peligro potencial, así como inexactitud en las lecturas. Tanto el teflón como el poliuretano, que son los revestimientos magnéticos más comunes del medidor de caudal, no son están catalogados para su uso con presión en el extremo superior de su rango de temperatura y se deformarán si se sobrecalientan.

Los caudalímetros electromagnéticos se han convertido en una de las tecnologías de flujo más utilizadas en los 50 años desde su primera introducción. Son simples y fáciles de mantener, y ya que no tienen partes móviles, capaces de operar durante años sin mantenimiento.

Fuente informativa relacionada:

http://www.controlglobal.com

 

 

 


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