Un caudalímetro es un tipo de caudalímetro y es un dispositivo que mide con precisión el caudal másico de un fluido que se mueve a través de una tubería. El caudal másico mide la masa por unidad de tiempo, a diferencia del caudal volumétrico, que mide el volumen por unidad de tiempo.
La medición del caudal másico es la base de la mayoría de las formulaciones de recetas, determinaciones de balance de materiales, facturación y operaciones de transferencia de custodia en toda la industria. Dado que se trata de las mediciones de caudal más críticas en una planta de procesamiento, la fiabilidad y la precisión de la detección del caudal másico son de suma importancia.
¿Cómo funciona un medidor de caudal másico?
Las dos tecnologías de caudal que se utilizan para medir el caudal másico son la inercial y la térmica. Los medidores inerciales, conocidos como medidores de flujo Coriolis, utilizan el efecto Coriolis para medir el caudal másico. Cuando un fluido fluye por una tubería y se ve sometido a la aceleración Coriolis mediante la introducción mecánica de una rotación aparente en la tubería, la cantidad de fuerza de desviación generada por el efecto inercial Coriolis será una función del caudal másico del fluido.
Los medidores de flujo másico térmicos también miden directamente el caudal másico de líquidos y gases y funcionan según los principios de la transferencia de calor utilizando un elemento calefactor y sensores de temperatura.
Tipos de caudalímetros
Caudalímetros de flujo másico Coriolis
Los caudalímetros de flujo másico Coriolis introducen una aceleración Coriolis artificial, una fuerza aparente que actúa en relación con un marco giratorio, en la corriente que fluye y miden el caudal másico detectando el momento angular resultante.
Cuando un fluido fluye por un tubo y se ve sometido a la aceleración de Coriolis mediante la introducción mecánica de una rotación aparente en el tubo, la cantidad de fuerza de desviación generada por el efecto inercial de Coriolis será una función del caudal másico del fluido.
Medidores de flujo másico térmicos
Los medidores de flujo másico térmicos también miden directamente el caudal másico de gases y líquidos. Estos medidores funcionan introduciendo una cantidad conocida de calor en la corriente que fluye y midiendo el cambio de temperatura asociado, o manteniendo una sonda a una temperatura constante y midiendo la energía necesaria para ello. Los componentes de un medidor de flujo másico térmico básico incluyen dos sensores de temperatura y un calentador eléctrico entre ellos. El calentador puede sobresalir en la corriente de fluido o puede estar fuera de la tubería.
Aplicaciones habituales de los medidores de flujo másico
Los medidores de flujo másico se utilizan con frecuencia en la supervisión o el control de procesos relacionados con la masa (como las reacciones químicas) que dependen de las masas relativas de los ingredientes sin reaccionar, como las formulaciones de recetas, las determinaciones del balance de materiales y las operaciones de facturación y transferencia de custodia. Dado que se trata de las mediciones de caudal más críticas en una planta de procesamiento, la fiabilidad y la precisión de la medición del caudal másico son muy importantes.
Los medidores de caudal másico Coriolis se utilizan en muchas aplicaciones diferentes en una amplia variedad de industrias, así como en aplicaciones científicas, para medir gases y líquidos corrosivos y limpios. Proporcionan una alta precisión en la medición del caudal másico, la densidad, la temperatura y la viscosidad. Los medidores de flujo másico térmicos se utilizan a menudo en la supervisión o el control de procesos relacionados con la masa, como las reacciones químicas que dependen de las masas relativas de los ingredientes que no han reaccionado.
Algunas aplicaciones habituales de los medidores de flujo másico térmicos para el flujo de gas incluyen la medición del aire de combustión en grandes calderas, la medición de gases de proceso de semiconductores en las industrias química y petroquímica, aplicaciones de investigación y desarrollo, cromatografía de gases y pruebas de filtros y fugas. Al detectar el flujo másico de vapores y gases compresibles, la medición no se ve afectada por los cambios de presión y/o temperatura. Una de las capacidades de los medidores de flujo másico térmicos es medir con precisión caudales de gas bajos o velocidades de gas bajas (menos de 25 pies por minuto), mucho más bajos de lo que se puede detectar con cualquier otro dispositivo. Los caudalímetros térmicos proporcionan una alta capacidad de rango (10:1 a 100:1) si se utilizan en modo de diferencia de temperatura constante.
Por otro lado, si la entrada de calor es constante, la capacidad de detectar diferencias de temperatura muy pequeñas es limitada y tanto la precisión como la capacidad de rango disminuyen. A caudales normales, los errores de medición suelen estar en el rango del 1-2 % de la escala completa.
¿Cuáles son las limitaciones de un medidor de caudal másico?
Los medidores de caudal másico pueden tener una capacidad de variación muy alta y una gran precisión, pero también tienen serias limitaciones. Los parámetros ambientales y los errores de lectura, cálculo y ajuste pueden provocar una disminución de la eficiencia, posibles daños en los equipos y, en última instancia, una reducción de la precisión.
Entre los posibles problemas de los caudalímetros se incluyen:
- Los caudalímetros de flujo másico Coriolis requieren altas velocidades de flujo para la detección, lo que da lugar a grandes caídas de presión.
- Los caudalímetros Coriolis son caros en comparación con otros caudalímetros. Además, no están disponibles para tubos de mayor tamaño.
- Los medidores de flujo másico térmicos se ven afectados por la condensación de humedad (en gases saturados) en el detector de temperatura, lo que provoca que el termómetro marque valores bajos y puede provocar corrosión.
- Los medidores de flujo másico térmicos se ven afectados por la acumulación de recubrimientos o materiales en el sensor, lo que inhibe la transferencia de calor y provoca que el medidor marque valores bajos.
- Los medidores de flujo másico térmicos se ven afectados por las variaciones en el calor específico causadas por los cambios en la composición del gas.
Medición de caudal: historia
En el pasado, el flujo másico se calculaba a menudo a partir de las salidas de un medidor de flujo volumétrico y un densímetro. La densidad se medía directamente (Figura 1-A) o se calculaba utilizando las salidas de los transmisores de temperatura y presión del proceso. Estas mediciones no eran muy precisas porque la relación entre la presión o la temperatura del proceso y la densidad no siempre se conoce con exactitud: cada sensor añade su propio error al error de medición global, y la velocidad de respuesta de dichos cálculos no suele ser suficiente para detectar cambios bruscos en el caudal.
Figura 1: Caudalímetros tradicionales Uno de los primeros diseños de caudalímetros autónomos funcionaba utilizando el momento angular (Figura 1-B). Contaba con un impulsor accionado por motor que impartía momento angular (movimiento giratorio) acelerando el fluido a una velocidad angular constante. Cuanto mayor era la densidad, más momento angular se requería para obtener esta velocidad angular. Aguas abajo del impulsor accionado, una turbina estacionaria sujeta por un resorte se exponía a este momento angular. El par resultante (torsión del resorte) era un indicador del caudal másico. Todos estos medidores tenían piezas móviles y diseños mecánicos complejos. Desarrollados inicialmente para la medición del combustible de los aviones, algunos siguen utilizándose en la actualidad. Sin embargo, debido a su naturaleza compleja y a sus elevados costes de mantenimiento, están siendo sustituidos gradualmente por diseños más robustos y que requieren menos mantenimiento.
El caudal másico también se puede medir mediante pesaje por lotes o combinando un sensor de nivel preciso con un densímetro. Otro método consiste en montar dos transmisores d/p en la parte inferior de un tanque atmosférico a diferentes alturas. En este caso, la salida de la célula d/p superior variará con el nivel del tanque, mientras que la inferior medirá la columna hidrostática sobre una distancia de elevación fija. Esta diferencia de presión da como resultado la densidad del material en el tanque. Estos sistemas se han utilizado para medir el caudal másico total de lodos.
Mass flow also can be measured by batch weighing or by combining an accurate level sensor with a densitometer. Another method is to mount two d/p transmitters on the lower part of an atmospheric tank at different elevations. In this case, the output of the top d/p cell will vary with the level in the tank, while the lower one will measure the hydrostatic head over a fixed elevational distance. This pressure differential yields the density of the material in the tank. Such systems have been used to measure the total mass flow of slurries.
Medición del caudal másico frente a la medición del caudal volumétrico
La medición del caudal másico y la medición del caudal volumétrico son dos técnicas importantes que se utilizan para medir la cantidad de flujo en un sistema. Aunque ambos conceptos están relacionados, difieren en algunos aspectos clave. La medición del caudal másico se refiere a la cantidad de masa que se mueve a través de un sistema durante un periodo de tiempo determinado, y se mide normalmente en gramos por segundo.La medición de caudal volumétrico se refiere a la cantidad de espacio que ocupa la masa durante un tiempo determinado, que suele medirse en litros por segundo. Una similitud entre ambos es que ambos miden la tasa a la que algo fluye a través de un sistema. Además, ambas mediciones se suelen utilizar en combinación con otras mediciones para comprender mejor el sistema en su conjunto.
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