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Medición de Flujo: ¿Cómo seleccionar un medidor de flujo?

Para seleccionar un medidor de flujo, se debe iniciar entendiendo cual es el objetivo principal de la medición, normalmente las razones para medir flujo están divididas en cinco categorías:  totalizar, indicar o monitorear, transferencia de custodia, control continuo de caudal y batch o dosificación.

Después de definida la aplicación, se deben revisar cuidadosamente las condiciones del fluido que va a ser medido, como:  viscosidad,  temperatura,  densidad,  conductividad, liquido, gas o vapor.

Una vez definido lo anterior, debemos conocer los requerimientos de desempeño en el proceso:  exactitud, precisión, repetibilidad, rango de ajuste.

Luego verificar las condiciones de instalación: Diámetro de tubería, material de la tubería, medición bidireccional, tramos de tubería recta, vibración, tipo de conexión: Brida, waffer, clamp y no intrusivo.

Los factores ambientales que debes tener en cuenta son: áreas clasificadas, material peligroso, humedad, corrosión, nivel de descargas eléctricas e inundaciones.

Después determinamos los factores económicos: costos de compra, costos de instalación, costos de operación y costos de mantenimiento.

Finalmente, determinamos el mejor tipo de tecnología para nuestra aplicación: 

Los medidores de flujo electromagnético, solo pueden medir líquidos conductivos con rangos superiores a 20μS, en algunos casos hasta 5μS, el fluido mas común con esta condición es el agua (H2O), hay diferentes tipos de agua: Agua cruda, agua potable, agua residual, agua desmineralizada y agua ultra pura; sin embargo debemos tener en cuenta que  el agua desmineralizada y el agua ultra pura no poseen una conductividad suficiente para ser medido por este tipo de tecnología. Otros fluidos con esta característica son los ácidos que habitualmente son solubles en agua, por lo tanto también pueden ser medidos con los medidores de flujo electromagnéticos.

Los medidores de flujo electromagnético, son excelentes para tareas de totalización, control de flujo y control de batch o dosificación, esta ultima se puede programar directamente desde su transmisor sin requerir equipos de control adicionales. 

Las características fisicoquímicas del fluido determinan el tipo de revestimiento interior y material de los electrodos. Para los diferentes tipos de agua podemos utilizar revestimientos "NBR" goma dura o EPDM, sin embargo en el caso de ácidos debo contemplar revestimientos de PFA, PVDF o PTFE. En el caso de los electrodos para medición de aguas se recomiendan electrodos en hastelloy ya que el cloro ataca el acero inoxidable, sin embargo debes revisar muy bien la tabla de resistencia de materiales. 

Los medidores de flujo electromagnético poseen exactitudes de ± 0,2% al ± 0,4% y el diámetro  de estos depende del rango de flujo a medir, erróneamente se cree que estos se seleccionan por el diámetro de tubería pero puedo tener bajos flujos en tuberías de mayor tamaño,  si quieres calcular el diámetro correcto de tu medidor puedes hacerlo a través de esta aplicación.

También debes tener en cuenta que los medidores de flujo electromagnético requieren un tramo recto de 5 diámetros aguas arriba y un tramo recto de 3 diámetros aguas abajo como mínimo, para mantener el flujo laminar, si puedes dejar mayor cantidad de diámetros será aun mejor para tu aplicación. 

Por ultimo debes verificar las condiciones ambientales del lugar y ya estas listo para armar tu referencia.

Catálogo medidores de flujo electromagnético 

 

Los medidores de flujo electromagnético operados con batería 

La solución alimentada por batería ofrece la flexibilidad de poder montar un caudalímetro para agua de alta fiabilidad prácticamente en cualquier lugar, sin pérdida de precisión ni de potencia. No se necesita tensión de red. El caudalímetro para agua alimentado por batería satisface las exigencias de la transferencia de custodia según las normas para contadores de agua MID y OIML R49. Está dimensionado especialmente para aplicaciones de agua autónomas, p. ej. en los sectores de la extracción, la distribución, el cálculo de consumo y el riego.

Un módulo de comunicación 3G/UMTS inalámbrico integrado opcionalmente permite el acceso remoto a numerosos datos de medición a través de diferentes protocolos, p. ej., SMS, SMTP(S) o FTP(S), de modo que los operadores pueden recibir información continuamente, estén donde estén. Los parámetros de aparato también pueden comprobarse de forma remota. 

Caracteristicas:

  • Tamaños del sensor de DN 25 a 1200 (1" a 48")
  • Carcasa IP68/NEMA 6P. El sensor se puede enterrar.
  • Incertidumbre máx. hasta 0,2 %
  • De 6 a 10 año de funcionamiento sin mantenimiento en aplicación típica de cálculo de ingresos.
  • Registrador de datos
  • Función de estadística y diagnóstico

 

Los medidores de flujo ultrasónico pueden medir todo tipo de fluidos conductivos o no conductivos empleando ondas de sonido que se transfieren al interior del medio para determinar la rata de flujo. Los pulsos generados por el transductor viajan a la velocidad del sonido a través de un fluido en movimiento, la velocidad de propagación del sonido en el medio, depende del fluido que esta siendo medido y de la temperatura del producto. Debes tener en cuenta que fluidos muy viscosos no es posible medirlos, el máximo rango de viscosidad es de 350 cSt.

Las aplicaciones donde mejor desempeño pueden cumplir este tipo de medidores es: totalización e indicación y monitoreo; en sectores de aguas, aguas residuales, riego, petroleo y química.

Los fluidos a medir deben ser limpios es decir: pueden contener un máximo de 3% de sólidos en suspensión y máximo 3% de aire o gases disueltos.

La exactitud de este tipo de tecnología es del 0,5% en velocidades entre los 0,5 y 10m/s, en velocidades menores a 0,5m/s el error aumenta exponencialmente, para determinar la velocidad y el diámetro correcto de tu aplicación puedes revisar la siguiente tabla.

También debes tener en cuenta que los medidores de flujo ultrasónico requieren un tramo recto de 10 diámetros aguas arriba y un tramo recto de 3 diámetros aguas abajo como mínimo, para mantener el flujo laminar, si puedes dejar mayor cantidad de diámetros será aun mejor para tu aplicación.

Las condiciones ambientales del sitio de instalación son cruciales para la seguridad de la planta y del equipo, no olvides revisarlas al momento de la selección en el catálogo.

Catálogo medidores de flujo ultrasónico. 

  

Los medidores de flujo en canal abierto utilizan sensores de nivel ultrasónico para medir el flujo en canales abiertos basado en el nivel del liquido del canal. Esta aplicación es muy común en el sector de aguas y aguas residuales, para medir efluentes o afluentes que son transportados a través de canales por gravedad.

La canaleta mas conocida y de mayor uso es la Parshall, donde un vertedero normal, no es siempre adecuado tal como ocurre cuando el liquido transporta sólidos o sedimentos en cantidad excesiva, o bien cuando no existe altura de presión suficiente, o bien cuando no es posible construir un tramo recto de longitud suficiente.

La ecuación general empirica del vertedero Parshall es:

Q=K x l x Hˆn

Donde: Q: Caudal en m3/s; K: constante que depende del tipo de vertedero; l: anchura de la garganta del vertedero en m; H: diferencia máxima de alturas en m; n: exponente que depende del tipo de vertedero o canal. 

 

l * K * H ^ n = Caudal
m * * m^ = m3/s

Este tipo de medidores generalmente están conformados por dos partes, un transductor ultrasónico que se debe instalar a 2/3  de la medida de la contracción aguas arriba de la garganta para canaletas tipo Parshall, para otro tipo de vertederos se instala aguas arriba 3 veces la altura máxima del vertedero y un controlador ultrasónico el cual nos determina la exactitud que pueden ir de  ±0,17% a ±0,25% y otros inclusive de ±1mm.

Catálogo medidores de nivel ultrasónico canaleta

El medidor de tipo vortex se basa en el fenómeno de generación de vórtices llamado Karman vortex street. Cuando un fluido pasa por un cuerpo no aerodinámico, este se separa y genera torbellinos o vórtices que se alternan a cada lado de un obstáculo. Los vórtices que se generan tienen dos características principales: se generan de forma alternada, primero a un lado y luego en el opuesto del obstáculo y la frecuencia con la que se generan, es proporcional a la velocidad del fluido.

Nosotros lo recomendamos para tareas de: indicar o monitorear y control continuo de caudal en vapores y gases. Con exactitudes de ± 1% y como condición el numero de reynolds debe ser ≥ 20.000. Para cumplir con esta condición requieres 20 diámetros aguas arriba sin ningún tipo de accesorio, si antes hay una válvula de control requieres 50 diámetros y 5 diámetros aguas abajo.

Una gran ventaja de este equipo es que puede traer incorporado un transmisor de presión y temperatura pudiendo realizar medición de flujo másico.

Para un calculo acertado del diámetro del medidor de flujo puedes descargar el Vortex Sizing.

Catálogo medidores de flujo vortex.

   

Los medidores de tipo másico o coriolis operan aplicando la segunda ley de Newton, la cual establece que la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración.

F=mxα

Donde: F: fuerza, m: masa y α: aceleración.

La fuerza coriolis está siempre presente en el interior del medidor, cuando los movimientos de translación y rotación ocurren simultáneamente. El movimiento de translación se genera cuando el fluido es impulsado en el interior de los tubos de medición, por el empuje de una bomba compresor. El movimiento de rotación en los medidores Coriolis, es inducido haciendo vibrar los tubos de medición a una frecuencia de resonancia.

Cuando no hay fluido, solo está presente el efecto de rotación. Los tubos oscilan a su frecuencia natural. Con esta condición, la señal de salida de los sensores son ubicados a la entrada (sensor A) y salida (sensor B), se encuentra en fase.

Los medidores de flujo másico son los mejores para aplicaciones de transferencia de custodia, sin excluir las otras aplicaciones, debido a que pueden ofrecer exactitudes de ±0,10%. Debemos revisar cuidadosamente la viscosidad y la densidad del fluido ya que estas junto con el caudal mínimo y máximo determinaran el diámetro del medidor ideal para nuestra aplicación.

Este medidor es el mejor en cuanto a condiciones de montaje ya que no requiere de diámetros aguas arriba o aguas abajo para una medición eficiente, además que tiene opciones de múltiples conexiones mecánicas como bridas o clamp. Se debe tener especial cuidado que el lugar de montaje no este afectado por vibraciones ya que este si podría afectar el desempeño del medidor.

Este tipo de medidor genera caídas de presión en la linea, por lo tanto, se debe verificar que este valor sea admisible en la aplicación. Puedes calcular este valor y todo su dimensionamiento con el Flow Sizing. No olvides verificar las condiciones ambientales en la instalación.

Catálogo medidores de flujo coriolis.

 

  

Los medidores de flujo por presión diferencial se basan en la medición de la diferencia de presión, que existe antes y después de una restricción. El principio de medición esta basado en el teorema de Bernoulli.

Cuando una restricción llamada elemento primario es colocada en una tubería que tiene un fluido en movimiento, la velocidad del fluido a través de la restricción se incrementa (energía cinética), causando una caída en la presión estática (energía potencial).

El elemento secundario es el transmisor de presión diferencial, el cual genera una salida proporcional a la presión diferencial y por lo tanto, del flujo. Los instrumentos basados en este método deben estar habilitados para calcular la raíz cuadrada de la presión diferencial medida, para proporcionar una salida lineal debido al flujo.

Este tipo de medición es quizá el mas usado en todo tipo de aplicaciones ya que nos permite medir líquidos, gases y vapores con bajo costo y alta eficiencia, es decir podemos utilizarlo para totalizar, indicar o monitorear, realizar control continuo de batch o transferencia de custodia.

Las propiedades del fluido como viscosidad y densidad nos ayudaran a definir las características del elemento primario, estos elementos primarios ofrecen exactitudes entre ±0,75% y ±1%, complementándose con la exactitud del transmisor de presión  que puede ir de ±0,075% y ±0,003%. Para calcular el rango de presión del medidor es fundamental conocer la diferencia resultante en el elemento primario.

Es de relevancia que la medida para gases y vapores debe ser compensada por presión y temperatura, por lo tanto las tres medidas (presión diferencial, presión y temperatura) son llevadas a un computador de flujo o se pueden utilizar transmisores de presión diferencial que traen integrada la medición de presión estática y temperatura.

Puedes enviarnos el cuestionario diligenciado para realizar los cálculos.

Catálogo medidores de flujo por presión diferencial. 

 

Los medidores de flujo ultrasónico no intrusivo (clamp onutilizan dos sensores, uno instalado aguas arriba y otro aguas abajo del punto de medición tomado como referencia. Cada transductor envía una onda de sonido al otro y la diferencia de tiempo entre la recepción de las dos señales, indica la velocidad del fluido, que es proporcional a la rata de flujo.

Este tipo de tecnología nos permite igualmente que otras trabajar para todo tipo de aplicación como totalizador, indicación o monitoreo, transferencia de custodia, control continuo o batch.

Aunque el medidor de flujo ultrasónico por tiempo de tránsito puede trabajar con muchos fluidos, se debe tener en cuenta que sean líquidos limpios y homogéneos, con bajos contenidos de gas y sólidos. La exactitud que nos puede ofrecer es de ±0,5% al ±1%, según el número de canales que utilicemos.

Este tipo de medidores abarca un amplio rango de diámetros de tubería, desde 1/2" (12.7 mm) hasta 249" (6096 mm) y para casi todo tipo de material (ABS, acero al carbón, acero inoxidable, aluminio, hierro negro, latón, hierro colado, cobre, hierro dúctil, vidrio, FRP, hastelloy, inconel, PVDF, monel, níquel, PVC, polipropileno, polietileno,teflon, titanio fibra de vidrio) con revestimientos internos (Alquitrán, esmalte, vidrio, plástico, HDPE, teflón, caucho). Sin embargo, se debe tener especial cuidado en tuberías con recubrimientos de cemento o de cemento ya que este material atenúa la transmisión del sonido y adicionalmente puede presentar incrustaciones en el interior de la tubería.

Y quizá el dato mas relevante es conocer el espesor de la tubería junto con el rango de flujo que vamos a medir. La presión de línea no afectará nuestra medición y la temperatura se debe revisar para verificar la resistencia máxima de los sensores.

Finalmente, ingresamos esta información al software Si-Ware y tendremos como resultado el sensor más conveniente para nuestra aplicación

Catálogo medidores de flujo clamp on.  

                                                                                             Detalles de tu aplicación

Catálogo completo medición de flujo