29 octubre 2012

Tecnologías para la medición del caudal (2ª PARTE)


Ver 1ª PARTE

Caudalímetros ultrasónicos

La medición por tiempo de tránsito diferencial con ultrasonidos puede emplearse para medir el caudal volumétrico de cualquier líquido, independientemente de la conductividad eléctrica. Dos tipos de sensores diferentes permiten a los usuarios obtener el caudal de un modo eficiente, económico y flexible, en cualquier punto del proceso y en cualquier momento.


Principio de medición

Nadar contracorriente requiere siempre mayor potencia y más tiempo que hacerlo, en el sentido de la corriente. La medición de caudal por ultrasonidos se basa en este efecto elemental de la diferencia de tiempos de tránsito de la señal.

Dos o más pares de sensores montados sobre la tubería envían y reciben simultáneamente impulsos ultrasónicos. Si no hay caudal, los dos sensores reciben simultáneamente la onda ultrasónica transmitida, es decir, el tiempo de tránsito no presenta ningún retardo. En cambio, cuando el líquido está en movimiento, las ondas ultrasónicas no alcanzan los dos sensores al mismo tiempo. Esta “diferencia en el tiempo de tránsito apreciada es directamente proporcional a la velocidad y, por lo tanto, al caudal volumétrico.

Principales ventajas

  • Si el fluido es homogéneo, la medida no depende de la presión, la temperatura, la conductividad, ni la viscosidad.
  • Apto para una amplia gama de diámetros nominales (DN 15 a 4000).
  • Sensores “clamp-on” previstos para montaje sin interrupciones de proceso. Permiten medir fluidos agresivos sin problemas (incluso a altas presiones).
  • Sensores en línea. Destinados a una precisión garantizada en la medición. Su diseño es robusto (completamente soldado) para instalación directa en tramo de tubería.
  • No se estrecha el paso de la tubería, ni se producen pérdidas de carga.
  • Sin piezas móviles. Gastos mínimos de mantenimiento.
  • Vida útil elevada (sin abrasión o corrosión provocadas por el líquido).
Sensores “clamp-on”

La principal característica de los sensores “clamp-on” es que pueden ser instalados en el exterior de tuberías existentes en cualquier momento. Por este motivo, resultan ideales para aplicaciones en industrias diversas que pueden ir desde el sector del tratamiento de aguas hasta la ingeniería de procesos industriales.

  • Aptos para diámetros de tuberías de hasta 4.000 mm.
  • Adecuados para todos los materiales empleados en sistemas de tuberías: plástico, acero, hierro fundido y componentes, con o sin revestimientos.
  • Ideales para montaje sin interrupciones del proceso.
Sensores en línea

Una precisión garantizada y trazable es un requisito indispensable en muchas aplicaciones, y en estos casos se aprovechan todas las ventajas de los sensores en línea; especialmente en las industrias química y petroquímica, y asimismo en la industria del agua. Estos sensores, que han sido calibrados en los bancos de calibración de nuestra empresa con la tecnología más avanzada se instalan directamente en la tubería.
  •  Aptos para diámetros de tuberías de hasta 2.000 mm.
  • La tubería no queda obstruida, no se producen pérdidas de carga.
  • Corto requisito de tramos rectos de entrada.

Caudalímetros Vortex

El principio de medición de los caudalímetros Vortex se basan en el hecho de que los vórtices se forman corriente aguas debajo de un obstáculo, en el sentido de la corriente, p. ej., tras el pilar de un puente. Este fenómeno se conoce usualmente con el nombre de vórtices de Kármán.

Cuando un líquido fluye por el tubo de medida en el que se encuentra un cuerpo de interferencia, los vórtices se forman sucesivamente una vez a un lado y luego al otro a continuación de dicho cuerpo. La frecuencia de los vórtices que se esparcen a cada lado del cuerpo de interferencia es directamente proporcional a la velocidad de circulación media y, por consiguiente, al caudal volumétrico. A medida que se esparcen corriente abajo, cada uno de estos vórtices alternantes crea localmente una zona de baja presión en el tubo de medida. Ésta se detecta mediante un sensor capacitivo, que emite entonces una señal primaria, lineal y digitalizada al procesador electrónico.

Esta señal de medición no sufre desviaciones, por lo que los caudalímetros Vortex no requieren recalibración durante toda su vida útil.

Principales ventajas
  • Uso universal para medición de líquidos, gases y vapor.
  • Prácticamente insensible a variaciones de presión, temperatura y viscosidad.
  • Muy buena estabilidad a largo plazo (factor K permanentemente), punto cero sin desviación.
  • Sin piezas móviles.
  • Pérdidas de carga mínimas.
  • Fácil de instalar y poner en marcha.
  • Rangos elevados entre 10:1 y 30:1 en el caso de gas/vapor o de 40:1 en el caso de líquidos.
  • Gama amplia de temperaturas de – 200 a + 400 ºC.

Los caudalímetros Vortex se utilizan en múltiples sectores de la industria para medir el caudal volumétrico de líquidos, gases y vapor. En las aplicaciones de las industrias química y petroquímica, por ejemplo, en sistemas de generación de energía y suministro de calos, que involucran fluidos de características muy diferentes: vapor saturado, vapor recalentado, aire comprimido, hidrógeno, gases licuados, gases de combustión, dióxido de carbono, agua desmineralizada, disolventes, aceites térmicos, agua de alimentación de calderas, agua de condensación, etc.

Los caudalímetros Vortex se utilizan habitualmente en todo tipo de industrias para medir caudales másicos de vapor, vapor saturado y líquidos. Así, los caudalímetros Vortex modernos como Prowirl 73 permiten algo más que la simple medición de caudales volumétricos, y vienen completados con sensores de temperatura y conmutadores de caudal. Además, para medir caudales másicos de gases, estos caudalímetros disponen de una entrada digital que permite la lectura de valores e presión externa con un alto grado de precisión vía HART, PROFIBUS o Fieldbus FOUNDATION. Los caudalímetros Vortex ofrecen también versiones con reducción de DN integrado, que también permite efectuar medidas a velocidades de caudal inferiores (manteniendo la misma longitud entre bridas).

Caudalímetros másicos por dispersión térmica

Permiten la medición directa del caudal másico de gas, incluso a presiones de proceso reducidas

Principio de medición

El principio de medición se basa en el hecho que un fluido que pasa junto a un sensor de temperatura calentado extrae durante su paso una cantidad conocida de calor.

En el caso del caudalímetro por dispersión térmica, el fluido pasa junto con dos sondas de temperatura PT100.

Una de estas sondas obtiene un valor de referencia al medir la temperatura de proceso existente. La otra sonda consiste en un elemento calefactor, que recibe justo la cantidad de energía que necesita para compensar el calor dispersado y mantener una diferencia de temperatura determinada.

Cuando mayor es el caudal másico que pasa junto al sensor de temperatura calentado, mayor es el calor disipado y mayor es la energía que ha de aportarse al elemento para mantener dicha diferencia de temperatura. La corriente aportada al segundo sensor constituye, por tanto, una medición del caudal másico del gas.

Principales ventajas
  • Medición/indicación directas del caudal másico de gases y líquidos, incluso a caudales y presiones de gas muy bajos.
  • Rangos elevados 100:1.
  • Excelente sensibilidad en el extremo inferior de la escala.
  • Sin piezas móviles.
  • Pérdidas de carga insignificantes.
  • Bajo mantenimiento.
La medición por dispersión térmica del caudal másico se utiliza cada vez más en la industria para diversas aplicaciones en las que intervienen gases:
  • Distribución y circulación de aire comprimido.
  • Dióxido de carbono para refrigeración y fermentaciones.
  • Argón en la preparación del acero.
  • Instalaciones de producción de nitrógeno y oxígeno.
  • Gas natural para el control de alimentación de quemadores y calderas.
  • Procesos de aireación y biogases en instalaciones de tratamiento de aguas residuales.

Medidores de caudal por presión diferencial

Son de aplicación universal para líquidos, gases y vapor hasta 420 bar y 1.000 ºC.

Principio de funcionamiento

Un elemento primario (placa orificio, tubuladora, tubo Venturi o tubo Pitot) genera una diferencia de presión en el interior de la tubería, que constituye una medida directa del caudal másico o volumétrico. Dos capilares proporcionan al transmisor la presión diferencial que el transmisor convierte en señal de salida.

Las placas orificio, las tubuladoras y los tubos Venturi constituyen un estrechamiento circular de la sección transversal de la tubería, creándose en consecuencia una diferencia de presión.

La carga estática disminuye con un aumento en la velocidad de circulación. La diferencia de presión que existe entre dos puntos a ambos lados del estrechamiento, corriente aguas abajo y corriente aguas arriba, constituye directamente una medición del caudal.

Los tubos Pitot comprenden varios orificios de toma de presión para medir la presión diferencial total en el extremo anterior y la presión estática en el extremo posterior. La diferencia de presión correspondiente es proporcional al caudal.

Principales ventajas

  • Medición tradicional normalizada a nivel mundial con elevada aceptación.
  • Apropiado para líquidos, gases y vapor.
  • Para condiciones de proceso extremas de hasta 420 bar y 1000 ºC.
  • Elementos primarios robustos: completamente mecánicos, sin piezas móviles.
  • El transmisor puede cambiarse en cualquier momento sin tener que interrumpir el proceso (p. ej., para el mantenimiento o por modernización).
  •  Apto para una amplia gama de tamaños de tubería (DN 10 a 4000. Tubos Pitot; opcionalmente hasta diámetros de 12 metros.
  • Tubos Pitot fácilmente recambiables.
Los medidores de caudal por presión diferencial pueden utilizarse ampliamente para la medición del caudal de líquidos, gases y vapor.


Bibliografía:

Medición de caudal para líquidos, gases y vapor. Endress + Hauser
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