Los dos tipos de medidores de flujo predominantemente utilizados para detectar el flujo másico en fluidos son el medidor de flujo másico Coriolis y el medidor de flujo másico térmico.
El medidor de flujo Coriolis mide la velocidad de flujo másico del fluido con respecto a un punto fijo en el tubo. La cantidad de fluido que fluye más allá del punto fijo en una cantidad determinada de tiempo es la velocidad de flujo másico del fluido. Los medidores de flujo másico térmicos derivan la velocidad de flujo de masa del fluido calculando el efecto de enfriamiento producido por el fluido en los sensores de temperatura.
Es importante entender que estos dispositivos miden la velocidad de flujo de masa, no la velocidad de flujo volumétrica. La velocidad de flujo volumétrica difiere para cada fluido en función de la densidad, presión, temperatura y composición del fluido, y puede calcularse dividiendo la velocidad de flujo másico por la densidad del fluido. La velocidad de flujo volumétrica es constante para los fluidos con densidad constante, sin embargo, dado que la densidad varía con la presión y la temperatura, la velocidad de flujo volumétrica varía en consecuencia.
Los medidores de flujo másico estándar compensan las diferencias de temperatura y presión a través de transmisores multivariables o software de flujo y están programados para presentar la salida en términos de velocidad de flujo másico y velocidad de flujo volumétrica a temperatura y presión estándar.
Se presentan aquí los métodos de operación y las aplicaciones de los medidores de flujo másico térmicos y los medidores de flujo de masa Coriolis.
MEDIDOR DE FLUJO MASICO TÉRMICO: MÉTODO DE OPERACIÓN
Los medidores de flujo másico térmicos se desarrollan bajo el principio de medición de flujo másico basado en la tasa de disipación de calor por unidad de tiempo. El medidor de flujo está compuesto por dos sensores de temperatura que se introducen en el flujo de fluido hasta una profundidad especificada. Se suministra un flujo constante de calor al fluido a través del sensor de velocidad mientras que el otro sensor mide la temperatura del fluido. La cantidad de calor disipado determina la tasa de flujo de masa del fluido.
Existen dos métodos para calcular la cantidad de calor disipada en el fluido, que se describen a continuación:
- Método de Diferencial de Temperatura Constante
En este método, se mantiene una diferencia de temperatura constante entre los dos sensores de temperatura. La corriente suministrada para mantener esta diferencia constante difiere según la tasa de flujo del fluido. Cuanto mayor sea la tasa de flujo de masa, mayor será el efecto de enfriamiento del sensor de velocidad y, por lo tanto, mayor será la cantidad de corriente suministrada a través de la RTD. El cambio en la potencia es una medida directa de la tasa de flujo del fluido.
- Método de Corriente Constante
En este método, se suministra una corriente constante al sensor de velocidad, mientras que el sensor de temperatura mide la temperatura del fluido. El sensor de velocidad registra temperaturas variables basadas en la cantidad de fluido que fluye a través de la tubería. La diferencia entre los dos sensores es una indicación de la tasa de flujo de masa del fluido. Cuanto mayor sea la tasa de flujo de masa, menor será la diferencia de temperatura.
Ambos medidores de flujo miden el efecto de enfriamiento producido en el sensor de velocidad por las moléculas del fluido. Los medidores de flujo de masa térmica se utilizan principalmente para medir las tasas de flujo de gases, ya que tienen una capacidad de absorción de calor menor en comparación con los líquidos.
Medidores de flujo de masa térmica: aplicaciones
Los medidores de flujo de masa térmica se utilizan en varios campos donde se deben medir los flujos de gases. Estos incluyen:
- Detección de dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx) en emisiones de gases de efecto invernadero.
- Medición de la relación aire-combustible en calderas y generadores de vapor.
- Monitoreo de quemadores de gas en plantas de gas natural y biogás.
- Prueba de válvulas de gas y reguladores de presión en busca de fugas.
- Medición del flujo de aire comprimido en aplicaciones industriales.
MEDIDOR DE FLUJO MASICO CORIOLIS: MÉTODO DE OPERACIÓN
El principio de funcionamiento del medidor de flujo de masa Coriolis se basa en la segunda ley de movimiento de Newton, es decir, la masa de un fluido es inversamente proporcional a su aceleración. Los medidores de flujo de masa Coriolis están diseñados con un sensor curvo o recto, a través del cual se mapea el flujo del fluido.
En el diseño de tubo curvado, el tubo del sensor de velocidad se hace vibrar utilizando corriente electromagnética, a una pequeña amplitud fija. Los sensores se fijan en las juntas de entrada y salida del tubo, a distancias iguales desde el punto fijo central. Cuando no hay fluido fluyendo a través del tubo, la amplitud es constante y los sensores en ambos extremos están en fase entre sí.
Cuando el fluido comienza a fluir a través del tubo, la inercia del fluido provoca un cambio en la amplitud del tubo de medición. Esto crea una diferencia de fase entre los sensores de entrada y salida que se mide en términos de tiempo. La diferencia de tiempo medida se utiliza para calcular la velocidad de flujo de masa del fluido.
Los medidores de flujo Coriolis son aplicables para la medición de flujo de masa tanto en líquidos como en gases, pero se utilizan prominentemente para líquidos ya que se requiere un fluido de alta densidad para mantener el impulso de oscilación que es crítico para medir la velocidad de flujo de masa.
Medidores de flujo másico Coriolis: Aplicaciones
Los medidores de flujo de masa Coriolis se utilizan en diversas aplicaciones donde se debe medir con precisión el caudal de líquido. Estas incluyen:
- Aplicaciones industriales como la medición de la velocidad de flujo de masa de solventes, adhesivos, resinas y más.
- En las industrias de alimentos y bebidas para la medición crítica del flujo durante el embotellado y el envasado.
- En las plantas de petróleo y gas para la detección de la velocidad de flujo de fluido.
- Como medidores de desplazamiento positivo en fluidos petrolíferos aguas abajo en la industria petroquímica.
- Aplicaciones en minería, procesamiento de minerales, pintura, recubrimiento y sellado.
CONCLUSIÓN:
En cuanto a precisión, el medidor de flujo másico tipo Coriolis es superior al medidor de flujo de masa térmico, lo que lo convierte en la opción natural para aplicaciones de transferencia de custodia. Sin embargo, el alto costo del medidor de flujo Coriolis desalienta su uso en aplicaciones donde la precisión es secundaria. Los desarrollos recientes en medidores de flujo de masa térmicos, como una mayor sensibilidad al flujo, algoritmos computacionales avanzados para detectar con precisión el caudal de masa y microprocesadores ultrarrápidos, han llevado al aumento del uso de medidores de flujo de masa térmicos a un costo de instalación mucho menor.
