Un medidor de flujo funciona detectando un efecto físico producido por un líquido, gas o vapor en movimiento y convirtiendo esa respuesta en una medida utilizable. Dependiendo de la tecnología, el medidor puede detectar diferencia de presión, voltaje inducido, tiempo de tránsito ultrasónico, frecuencia de vórtice, movimiento del rotor, volumen desplazado, transferencia de calor o el comportamiento de un tubo vibratorio.
Respuesta rápida:El movimiento fluido crea una respuesta física mensurable. Un sensor detecta esa respuesta, un transmisor procesa la señal y el instrumento muestra o transmite el caudal, el flujo total, el flujo másico u otro valor calculado.
No existe un principio de funcionamiento universal para todos los caudalímetros. Un medidor magnético no mide el flujo de la misma manera que un medidor ultrasónico, de turbina, Coriolis o de presión diferencial. Comprender esas diferencias es el primer paso hacia la selección de un instrumento que funcionará de manera confiable en las condiciones reales del proceso.
¿Qué mide realmente un caudalímetro?
Antes de comparar tecnologías, es importante distinguir entre velocidad, flujo volumétrico, flujo másico y flujo acumulado. Estos términos describen medidas relacionadas pero diferentes.
Velocidad del flujo
La velocidad del flujo describe la rapidez con la que el fluido se mueve a través de una tubería o canal. Comúnmente se expresa en metros por segundo o pies por segundo.
Algunos medidores miden un efecto-relacionado con la velocidad y luego usan el área interna de la tubería para calcular el flujo volumétrico. Para una tubería circular completa, la relación básica es:
Q = A × v
- Qes el caudal volumétrico.
- Aes el área de la sección transversal-interna.
- ves la velocidad promedio del fluido.
Esta ecuación ayuda a explicar la medición basada en la velocidad-, pero no es una fórmula universal para un medidor de flujo. Los medidores de desplazamiento positivo cuentan volúmenes conocidos, mientras que los medidores Coriolis miden el flujo másico directamente.
Caudal volumétrico
El flujo volumétrico describe cuánto volumen físico pasa a través del punto de medición durante un período definido. Las unidades comunes incluyen litros por minuto, metros cúbicos por hora, galones por minuto y pies cúbicos por minuto.
La medición volumétrica se utiliza frecuentemente para distribución de agua, circuitos de refrigeración, transferencia de líquidos, tratamiento de aguas residuales, riego y monitoreo general de procesos.
Tasa de flujo másico
El flujo másico describe cuánta masa de fluido pasa a través del medidor por unidad de tiempo. Las unidades comunes incluyen kilogramos por hora, toneladas por hora y libras por hora.
El flujo másico se vuelve especialmente importante cuando la densidad del fluido cambia con la temperatura, la presión o la composición. Los medidores Coriolis miden el flujo másico directamente. Los medidores de masa térmica utilizan la transferencia de calor para determinar el flujo másico de gases adecuados.
Flujo Instantáneo y Flujo Totalizado
El flujo instantáneo muestra qué tan rápido se mueve el fluido en el momento actual. El caudal totalizado es la cantidad acumulada que ha pasado por el contador.
- 20 m³/hes un caudal volumétrico instantáneo.
- 12,500 m³es un volumen acumulado.
Aplicaciones como el control de procesos pueden centrarse en el valor instantáneo. La transferencia, el seguimiento del consumo, el procesamiento por lotes y la facturación también pueden requerir unatotalizador de flujo.
Flujo de gas real y estándar
El volumen del gas cambia a medida que cambian la presión y la temperatura. Por esa razón, un flujo volumétrico real medido dentro de la tubería no es automáticamente igual a un volumen de gas estándar o normalizado.
El flujo de gas estándar representa el volumen de gas convertido a condiciones de presión y temperatura de referencia definidas. Las condiciones de referencia deben indicarse porque diferentes industrias y regiones pueden utilizar estándares diferentes. Para gases compresibles, la presión, la temperatura, la composición del gas y la compresibilidad pueden afectar la conversión.
Por lo tanto, el comprador debe especificar si el resultado requerido es volumen real, volumen estándar o flujo másico directo.
¿Cómo el movimiento de un fluido se convierte en una lectura de flujo?
La mayoría de los medidores de flujo electrónicos utilizan una cadena de medición de cuatro-etapas.
- El fluido produce una respuesta física:El fluido en movimiento puede crear una caída de presión, voltaje, diferencia de tiempo acústico, frecuencia, rotación mecánica, deflexión del tubo o cambio-en la transferencia de calor.
- El elemento sensor detecta la respuesta:Electrodos, transductores, sensores de presión, captadores magnéticos, sensores de temperatura o elementos mecánicos convierten la respuesta en una señal sin procesar.
- El transmisor procesa la señal:La electrónica aplica datos de calibración, compensación, información de tuberías, propiedades de fluidos, filtrado y cálculos matemáticos.
- El resultado se muestra o transmite:El valor final puede mostrarse localmente o enviarse a través de 4–20 mA, pulso, relé, HART, RS485 Modbus u otro sistema de comunicación.
El sensor y el transmisor pueden integrarse en un instrumento o instalarse por separado. Un sistema de medición completo también puede incluir instrumentos de presión y temperatura, computadoras de flujo, totalizadores, válvulas de control y conexiones PLC o DCS.
¿Cómo funcionan los principales tipos de caudalímetros?
Los principales fabricantes agrupan los medidores de flujo según el principio físico utilizado para detectar el movimiento de fluidos. Cada principio tiene diferentes fortalezas, limitaciones, necesidades de instalación y medios adecuados. Las siguientes secciones explican las tecnologías industriales más comunes.
Medición de flujo de presión diferencial
Un sistema de presión diferencial mide la diferencia de presión creada cuando el fluido pasa a través de un elemento primario o de restricción. Los elementos primarios comunes incluyen placas de orificio, tubos Venturi, boquillas y tubos Pitot promediadores.
A transmisor de presión diferencialDetecta las presiones aguas arriba y aguas abajo. Luego, el cálculo del flujo utiliza la diferencia de presión medida junto con la geometría del elemento primario, las dimensiones de la tubería y las propiedades del fluido.
En condiciones incompresibles simplificadas, el flujo es proporcional a la raíz cuadrada de la presión diferencial en lugar de directamente proporcional a la diferencia de presión.
Más adecuado para:muchas aplicaciones de líquidos, gases y vapor, particularmente donde se requieren estándares establecidos y diseños de alta-presión o alta-temperatura.
Restricción clave:el elemento primario puede crear una pérdida de presión permanente, mientras que las condiciones de la tubería de impulso, la compensación de densidad, la toma de presión y el perfil de flujo-pueden afectar la incertidumbre total de la medición.
Medidores de flujo electromagnéticos
Un medidor de flujo electromagnético aplica la ley de inducción electromagnética de Faraday. Las bobinas generan un campo magnético a través del tubo de medición. Cuando un líquido conductor atraviesa ese campo, produce un voltaje. Los electrodos detectan el voltaje, que es proporcional a la velocidad promedio del fluido.
El medidor combina la velocidad detectada con el área interna conocida para calcular el flujo volumétrico.
Medidores de flujo electromagnéticostener un tubo de medición abierto sin rotor ni cuerpo de farol. Con frecuencia se consideran para agua, aguas residuales, lodos, productos químicos conductores y muchos alimentos o bebidas líquidas.
Más adecuado para:Líquidos conductores, incluidas aplicaciones que contienen sólidos suspendidos.
Restricción clave:el líquido debe cumplir con el requisito de conductividad del modelo seleccionado. El material del electrodo, la compatibilidad del revestimiento, la conexión a tierra, las condiciones de la tubería-llena y la detección de tuberías-vacías también requieren atención.
Medidores de flujo ultrasónicos
Los medidores ultrasónicos utilizan ondas sonoras para determinar la velocidad del fluido. Los dos métodos más-conocidos son el tiempo de tránsito-y la medición Doppler.
Medición del tiempo de tránsito-
Los medidores de tiempo de tránsito-envían señales ultrasónicas tanto a favor como en contra de la dirección del flujo. El sonido que viaja con el fluido llega antes que el sonido que viaja en contra de él. El transmisor calcula la velocidad a partir de la pequeña diferencia entre los dos tiempos de viaje.
Los instrumentos de tiempo de tránsito-pueden estar en línea, de inserción o montados externamente. Amedidor de flujo ultrasónico líquidoPor lo tanto, puede contactar el proceso directamente o medir a través de la pared de la tubería.
Medición Doppler
Los medidores Doppler analizan el cambio de frecuencia del sonido reflejado por burbujas en movimiento o partículas suspendidas. Requieren reflectores adecuados en el fluido y no deben tratarse como intercambiables con los medidores de tiempo-de tránsito.
Más adecuado para:mediciones de modernización no-invasivas, estudios temporales, tuberías grandes, monitoreo de energía y aplicaciones en las que no es deseable cortar la tubería.
Restricción clave:El material de la tubería, el espesor de la pared, el revestimiento, el estado de la superficie, el espaciado de los sensores, el acoplamiento acústico, el estado del fluido, las bolsas de gas, los depósitos y las perturbaciones aguas arriba pueden afectar la calidad de la señal.
Medidores de flujo másico Coriolis
Un medidor Coriolis impulsa uno o más tubos de medición hacia una vibración controlada. A medida que la masa se mueve a través del tubo vibratorio, las secciones de entrada y salida responden de manera diferente. Los sensores detectan el cambio de fase resultante o la deformación del tubo y el transmisor convierte esta respuesta en flujo másico directo.
Más adecuado para:procesamiento por lotes en masa, mezcla, monitoreo de densidad, líquidos de alto-valor y procesos donde los cambios en la densidad hacen que la medición volumétrica sea menos útil.
Restricción clave:Se deben evaluar el costo del medidor, la pérdida de presión, el peso, el soporte de la tubería, la vibración externa y el flujo de dos-fases para el tamaño y diseño seleccionados.
Medidores de flujo de vórtice
Un medidor de vórtice coloca un cuerpo fijo en la trayectoria del flujo. Se forman vórtices alternos aguas abajo a medida que el fluido pasa por el cuerpo farol. La frecuencia de generación de vórtices está relacionada con la velocidad del fluido dentro del rango operativo del instrumento.
Medidores de flujo de vórticese consideran comúnmente para vapor, gases y líquidos limpios. Con entradas adecuadas de presión y temperatura, algunos sistemas pueden calcular el flujo másico o de energía compensado.
Más adecuado para:servicios de vapor, gases comprimidos y líquidos de proceso limpios con suficiente velocidad.
Restricción clave:La baja velocidad, la vibración excesiva, las pulsaciones, la mala disposición de las tuberías y el vapor húmedo pueden reducir la confiabilidad de la medición.
Medidores de flujo de turbina
Un medidor de turbina coloca un rotor en la corriente de flujo. El fluido en movimiento hace girar el rotor y un captador magnético o electrónico detecta cada paso de la pala. Dentro del rango operativo calibrado, la frecuencia del rotor está relacionada con el flujo volumétrico.
Medidores de flujo de turbina líquidapuede proporcionar una respuesta rápida y una señal de pulso de alta-resolución para fluidos limpios y de baja-viscosidad.
Más adecuado para:líquidos limpios, transferencia de combustible, equipos de prueba y procesos que requieren salida de pulso o respuesta rápida.
Restricción clave:Los cambios de viscosidad, la contaminación, el desgaste de los cojinetes, las alteraciones del flujo y el funcionamiento por debajo del rango calibrado pueden cambiar el factor del medidor.
Medidores de flujo de desplazamiento positivo
Un medidor de desplazamiento positivo atrapa y libera repetidamente volúmenes de fluido conocidos. Engranajes ovalados, pistones, paletas u otros elementos móviles dividen el flujo en incrementos mensurables. El medidor cuenta los ciclos completados para calcular el flujo volumétrico y el volumen total.
Este principio no requiere que el medidor deduzca el flujo a partir de la velocidad promedio de la tubería. Unmedidor de flujo de engranaje ovalado, por ejemplo, cuenta directamente los volúmenes de líquido desplazados.
Más adecuado para:aceites viscosos, combustibles, resinas, lubricantes, medición de líquidos de bajo-flujo y procesamiento por lotes.
Restricción clave:Las piezas móviles internas crean una pérdida de presión y pueden dañarse por sólidos, contaminación abrasiva, bolsas de gas o filtración inadecuada.
Medidores de flujo másico térmico
Un medidor de masa térmica coloca un elemento sensor calentado en la corriente de gas. El gas que fluye elimina el calor del sensor. El instrumento mide la pérdida de calor o la potencia necesaria para mantener una diferencia de temperatura definida y la relaciona con el flujo másico.
Medidores de flujo másico térmicose utilizan ampliamente para el control del consumo de aire comprimido, nitrógeno, gases de combustión, sistemas de aireación y{0}}gases industriales.
Más adecuado para:gases relativamente limpios con una composición conocida y razonablemente estable.
Restricción clave:Los cambios en la composición del gas, la humedad, la condensación, los depósitos y el perfil de flujo pueden cambiar la relación de transferencia de calor-establecida durante la calibración.
Medidores de flujo de área variable
Un medidor de área variable, comúnmente llamado rotámetro, utiliza un flotador dentro de un tubo cónico. El flujo eleva el flotador hasta que la fuerza del fluido, la flotabilidad y la gravedad alcanzan el equilibrio. La posición del flotador corresponde a un caudal calibrado.
Más adecuado para:indicación local simple y flujo de líquido o gas relativamente bajo.
Restricción clave:Los rotámetros tradicionales deben instalarse en la orientación especificada y la escala depende de la densidad del fluido, la viscosidad, la presión, la temperatura y el medio de calibración.
Comparación de tecnologías de medidores de flujo
| Tecnología | Efecto medido primario | Resultado típico | Ajuste de aplicación común | Limitación importante |
|---|---|---|---|---|
| Presión diferencial | Diferencia de presión | Volumen calculado o flujo másico | Líquidos, gases, vapor. | Pérdida de presión y complejidad de la instalación. |
| Electromagnético | voltaje inducido | Flujo volumétrico | Líquidos y lodos conductores | No se pueden medir fluidos no-conductores |
| Ultrasónico | Tránsito-diferencia horaria o desplazamiento Doppler | Flujo volumétrico | Líquidos, gases seleccionados, medición retrofit. | Ruta acústica y condiciones de instalación. |
| Coriolis | Respuesta del tubo-vibrante | Flujo másico directo | Dosificación, densidad y fluidos de alto-valor | Costo, pérdida de presión, peso, flujo bifásico- |
| Vórtice | Frecuencia de desprendimiento de vórtices | Flujo volumétrico o compensado | Vapor, gases, líquidos limpios. | Velocidad mínima y sensibilidad a la vibración. |
| Turbina | Frecuencia del rotor | Flujo volumétrico | Fluidos limpios y de baja-viscosidad | Piezas móviles y sensibilidad a la viscosidad. |
| Desplazamiento positivo | Volúmenes fijos contados | Flujo volumétrico directo | Líquidos viscosos y de bajo flujo | Pérdida de presión, contaminación, desgaste mecánico. |
| masa termal | Transferencia de calor | flujo de masa | Gases industriales y aire comprimido. | Composición del gas, humedad y depósitos. |
| Área variable | Posición flotante | Flujo volumétrico | Indicación local de flujo-bajo | Efectos de orientación y propiedad fluida- |
Las comparaciones a nivel de tecnología-proporcionan un punto de partida útil, pero no reemplazan la verificación específica del modelo-. Dos medidores que utilizan el mismo principio de medición pueden tener diferentes rangos de flujo, especificaciones de precisión, materiales, diagnósticos, certificaciones y requisitos de instalación.
Para conocer dos tecnologías líquidas comúnmente comparadas, consulte la guía detallada paramedidores de flujo ultrasónicos versus electromagnéticos.
Precisión, repetibilidad, reducción e incertidumbre
Estos términos se utilizan a menudo indistintamente, pero describen diferentes aspectos del desempeño de la medición.
Exactitud
La precisión describe qué tan cerca se espera que esté el valor indicado del valor de referencia en condiciones específicas. Compruebe siempre cómo está escrita la especificación.
Una especificación expresada como porcentaje de lectura se comporta de manera diferente a una expresada como porcentaje de la escala completa. Para un instrumento con una escala completa de 100 unidades:
- A 10 unidades, ±0,5% de la lectura equivale a ±0,05 unidades.
- A 10 unidades, ±0,5% de la escala completa equivale a ±0,5 unidades.
La diferencia se vuelve significativa en el extremo inferior del rango de medición.
Repetibilidad
La repetibilidad describe qué tan cerca el medidor reproduce el mismo resultado cuando se repiten las mismas condiciones. Un medidor puede ser altamente repetible pero consistentemente sesgado. Una buena repetibilidad no elimina la necesidad de una calibración e instalación correctas.
Relación de cobertura
El Turndown es la relación entre el caudal máximo y mínimo utilizable. Un medidor capaz de medir de 10 a 1000 unidades tiene una reducción nominal de 100:1.
Sin embargo, es posible que el rango de medición citado no proporcione la misma precisión, repetibilidad o respuesta en todos los puntos. Los flujos mínimo, normal y máximo requeridos deben compararse con las especificaciones de rendimiento del fabricante en lugar de con un único valor de reducción principal.
Incertidumbre de medición
La incertidumbre total del sistema puede incluir más que la precisión publicada del medidor de flujo. También puede incluir:
- Incertidumbre de calibración
- Repetibilidad
- Medición de presión y temperatura.
- Supuestos de densidad o composición.
- Dimensiones de la tubería
- Efectos de perfil-de flujo
- Procesamiento de señal
- Deriva-a largo plazo
- Errores de instalación y configuración.
Para la indicación del proceso, una evaluación amplia de la incertidumbre puede ser suficiente. La transferencia de custodia, las mediciones de laboratorio, los informes regulados o los lotes de alto-valor pueden requerir un presupuesto de incertidumbre documentado.
¿Cómo dimensionar un medidor de flujo?
Un medidor de flujo no debe seleccionarse únicamente a partir del tamaño nominal de la tubería. El medidor debe operar dentro de una velocidad y un rango de medición adecuados durante las condiciones de proceso mínimas, normales y máximas.
1. Establecer el rango de flujo real
Registre las condiciones mínimas, normales, máximas, de inicio, de limpieza y de flujo-inverso. No dimensione el instrumento utilizando únicamente la capacidad de la bomba si el funcionamiento normal es mucho menor.
2. Compare el flujo con el rango de medición del medidor
Consulta los límites de flujo mínimo y máximo específicos-del modelo. El flujo bajo puede caer por debajo del rango de señal utilizable de un medidor de vórtice o turbina. La velocidad excesiva puede generar pérdida de presión, vibración, riesgo de cavitación, erosión o una condición-fuera de-rango.
3. Evalúe el tamaño del medidor por separado del tamaño de la tubería
En algunas aplicaciones, el medidor correcto puede ser más pequeño que la tubería existente. Reducir el tamaño del medidor puede aumentar la velocidad y mejorar el rendimiento de flujo bajo-, pero también aumenta la pérdida de presión y puede requerir reductores y tuberías rectas adicionales.
Para otras tecnologías, cambiar el diámetro puede resultar innecesario o indeseable. La decisión debe basarse en el flujo del proceso, la pérdida de presión permitida, la tecnología y las instrucciones de instalación.
4. Verifique la pérdida de presión
Las placas de orificio, los medidores de turbina, los medidores de desplazamiento positivo, los cuerpos de vórtice, los pequeños tubos Coriolis, los filtros y los medidores de tamaño insuficiente pueden agregar pérdida de presión. Se debe considerar el conjunto completo en lugar de evaluar el sensor solo.
5. Confirmar el rendimiento con flujo normal
El punto de funcionamiento normal debe ubicarse en una parte estable del rango del medidor. Seleccionar un medidor que solo funcione bien cerca del flujo máximo puede generar malos resultados durante la mayor parte del ciclo del proceso.
¿Cómo elegir el medidor de flujo adecuado?
Un proceso de selección útil elimina tecnologías incompatibles antes de comparar precios o la precisión de los titulares. La guía del sitio sobrecómo elegir un medidor de flujo adecuadopuede respaldar una revisión más detallada de la solicitud.
Paso 1: definir el fluido
- ¿Es líquido, gaseoso o vapor?
- ¿Es conductivo?
- ¿Cambia la densidad o la viscosidad?
- ¿Contiene burbujas, sólidos, fibras o gotas?
- ¿Es corrosivo, abrasivo, tóxico, sanitario o peligroso?
- ¿Puede cristalizar, recubrir, polimerizar o solidificar?
Paso 2: Definir la medida requerida
- Flujo volumétrico
- Flujo másico directo
- Volumen de gas estándar
- Cantidad totalizada
- Densidad
- Temperatura
- Flujo de energía
Puede ser preferible una medición de masa directa para la formulación o el balance de masa. Un medidor volumétrico puede ser suficiente para la circulación del agua o el monitoreo general del proceso.
Paso 3: eliminar tecnologías incompatibles
| Condición de aplicación | Implicación tecnológica |
|---|---|
| Líquido no-conductor | Eliminar la medición electromagnética estándar. |
| La tubería no se puede cortar o la producción no se puede detener | Considere una solución ultrasónica-con abrazadera si la tubería y el fluido admiten una ruta acústica. |
| Se requiere flujo másico directo | Considere Coriolis para líquidos o gases, o masa térmica para un gas adecuado. |
| Líquido o lodo conductor sucio | La medición electromagnética puede ser adecuada si los materiales del revestimiento y del electrodo son compatibles. |
| Líquido viscoso a bajo flujo | Puede ser adecuado el desplazamiento positivo o la medición de Coriolis. |
| servicio de vapor | Comúnmente se evalúa la medición de presión diferencial o de vórtice. |
| El líquido contiene sólidos abrasivos. | Evite tecnologías con componentes móviles vulnerables a menos que el modelo esté diseñado específicamente para el servicio. |
Paso 4: revisar las restricciones de instalación
- ¿Se puede cortar la tubería?
- ¿Se puede detener el proceso?
- ¿La tubería está siempre llena?
- ¿Hay suficiente tubería recta disponible?
- ¿Están las bombas, válvulas, codos o reductores cerca del medidor?
- ¿La tubería es horizontal o vertical?
- ¿Hay vibraciones, pulsaciones, interferencias eléctricas o tensiones mecánicas?
- ¿Hay suficiente acceso para la puesta en servicio y el mantenimiento?
Paso 5: definir los requisitos de rendimiento
- Precisión y repetibilidad requeridas
- Caudal mínimo y máximo
- Tiempo de respuesta
- Medición bidireccional
- Rendimiento de flujo-bajo
- Calibración y trazabilidad
- Facturación, transferencia-de custodia o requisitos normativos
Paso 6: Confirmar materiales y aprobaciones
Verifique la conexión del proceso, la presión nominal, el cuerpo, el revestimiento, los electrodos, los tubos de medición, los sellos, los engranajes, el rotor y todos los materiales húmedos. Confirme también las aprobaciones requeridas para áreas-peligrosas, sanitarias, de agua potable- u otras.
Paso 7: Revisar los resultados y el costo del ciclo de vida
El medidor debe comunicarse con el sistema de control existente. Confirme los requisitos de fuente de alimentación, pantalla, 4–20 mA, pulso, alarma, HART, Modbus RS485, registro de datos y diagnóstico remoto.
El costo del ciclo de vida puede incluir instalación, apagado, pérdida de energía relacionada con la presión-, verificación, calibración, limpieza, repuestos, resolución de problemas y vida útil esperada. La compra más barata no siempre es la medida más barata.
Ejemplo de selección resuelta: refrigeración-reequipamiento de agua
El siguiente ejemplo ilustra el proceso de selección. No se presenta como un caso de cliente ni como sustituto de una revisión de ingeniería específica del modelo-.
- Líquido:agua de refrigeración limpia
- Tubo:Acero al carbono DN200
- Rango de flujo:50 a 450 m³/h
- Propósito de la medición:Monitoreo energético y verificación operativa.
- Cierre del proceso:No disponible
- Corte de tuberías:no permitido
- Salidas requeridas:4–20 mA y RS485
- Instalación disponible:tubo completo accesible con una sección recta utilizable
Tecnologías candidatas
Un medidor electromagnético podría medir agua de refrigeración conductiva con baja pérdida de presión, pero un modelo en línea requeriría cortar la tubería y detener el proceso.
Un medidor de turbina también requeriría una instalación en línea e introduciría piezas móviles. Un medidor Coriolis proporcionaría un flujo másico directo, pero normalmente sería difícil de justificar para una modernización de DN200 centrada en el monitoreo de servicios públicos.
A abrazadera-en medidor de flujo ultrasónicose convierte en el punto de partida práctico, ya que los sensores se pueden instalar fuera de la tubería existente.
¿Qué aún debe verificarse?
- Diámetro exterior real y espesor de pared
- Material de tubería y revestimiento interno.
- Corrosión de la superficie o condición del recubrimiento.
- Temperatura del fluido
- Operación de tubería completa-
- Tubería aguas arriba y aguas abajo disponibles
- Posición de montaje del sensor
- Intensidad y calidad de la señal después de la instalación.
- Precisión requerida bajo el perfil de flujo real
El ejemplo muestra por qué las limitaciones de la aplicación pueden ser más decisivas que la precisión teórica del medidor. La tecnología se selecciona porque se adapta tanto al fluido como a la instalación, no porque sea universalmente superior.
Condiciones de instalación que pueden anular la precisión del medidor
Un medidor seleccionado correctamente aún puede producir datos poco confiables cuando las condiciones de instalación difieren de las utilizadas para la calibración o especificadas por el fabricante.
Perfil de flujo perturbado
Los codos, bombas, válvulas de control, tes, reductores y válvulas parcialmente abiertas pueden crear remolinos o un perfil de velocidad desigual. La presión diferencial, los vórtices, las turbinas, los ultrasonidos y otras tecnologías dependientes de la velocidad-pueden ser sensibles a estas perturbaciones.
Revise las instrucciones-específicas del modelo y la explicación del sitio sobreRequisitos de tuberías rectas-ascendentes y descendentes. Una regla genérica-de ejecución directa no debe reemplazar el diseño requerido por el fabricante.
Tubería parcialmente llena
Muchos medidores de líquido requieren un tubo de medición completamente lleno. Las bolsas de aire o una tubería parcialmente llena cambian el área de flujo efectiva y pueden interrumpir los electrodos o las rutas ultrasónicas.
La instalación en un punto bajo, flujo vertical ascendente u otra ubicación que permanezca llena puede reducir este riesgo, sujeto a las instrucciones del fabricante del medidor.
Burbujas, sólidos y flujo bifásico-
El gas arrastrado, las partículas, las gotas o la distribución cambiante de las fases pueden afectar a las tecnologías de manera diferente. Las burbujas pueden interrumpir una señal ultrasónica de tiempo de tránsito-, aumentar la ganancia del impulso Coriolis o producir una densidad inestable. Los sólidos pueden cubrir electrodos y sensores térmicos o dañar la turbina y los componentes de desplazamiento.
La concentración, el tamaño de las partículas, el tamaño de las burbujas, la distribución y la variabilidad suelen ser más útiles que una simple afirmación de que el fluido está "sucio".
Configuración incorrecta
Los instrumentos ultrasónicos con abrazadera pueden requerir un diámetro de tubería, un espesor de pared, un material de tubería, datos del revestimiento, un tipo de sensor, información sobre el fluido y un método de montaje precisos. Los cálculos de gas pueden requerir condiciones de presión, temperatura, composición y referencia correctas.
Un valor estable producido por una configuración incorrecta sigue siendo un valor incorrecto.
Conexión a tierra y ruido eléctrico
Los medidores magnéticos requieren una correcta puesta a tierra o ecualización de potencial según su diseño. Los cables de señal deben tenderse según las instrucciones del fabricante y separarse de fuentes de interferencia eléctrica cuando sea necesario.
Vibración y estrés mecánico
La vibración externa puede afectar la medición de Coriolis y vórtice, mientras que un soporte deficiente de la tubería puede generar tensión en los medidores en línea. Las bombas pulsantes también pueden crear un flujo que cambia rápidamente y excede la capacidad de respuesta del instrumento seleccionado.
Síntomas comunes, posibles causas y controles
| Síntoma observado | Posible causa | Que comprobar |
|---|---|---|
| Lectura estable que no está de acuerdo con el proceso. | Datos incorrectos sobre el estado de tubería, fluido, sarro o referencia- | Entradas de configuración, unidades, dimensiones de tubería, factor K-, densidad, presión y temperatura |
| Flujo ruidoso o fluctuante | Flujo perturbado, burbujas, pulsaciones, ruido eléctrico o señal deficiente | Ubicación de válvulas y bombas, estado-de tubería llena, diagnóstico de señales, conexión a tierra y amortiguación |
| El flujo permanece en cero | Corte de flujo-bajo, tubería vacía, sensor defectuoso, cableado incorrecto o flujo por debajo del rango mínimo | Alarmas de diagnóstico, señales de sensores, cableado, condición del proceso y corte configurado |
| Cambios de lectura después del mantenimiento. | La posición del sensor, la orientación, la configuración a cero, los datos de la tubería o el cableado cambiaron | Registro de puesta en servicio, espaciado de sensores, marcas de instalación, procedimiento cero y respaldo de parámetros |
| Error creciente con el tiempo | Recubrimiento, desgaste, corrosión, deriva, líneas de impulso bloqueadas o cambios-en las propiedades del proceso | Historial de inspecciones, resultados de verificación, condición del sensor, tuberías de impulso y propiedades de los fluidos. |
Calibración, verificación y verificación de cero
Estas actividades están relacionadas, pero no son intercambiables.
Calibración
La calibración compara la indicación del medidor con un estándar de referencia bajo condiciones controladas y documenta la relación entre los valores indicados y de referencia.
NIST describe sistemas de calibración de flujo de líquido que determinan el flujo de referencia mediante medición gravimétrica dinámica, donde la masa de agua acumulada se mide a lo largo del tiempo. Ver la descripción oficial delEstándar de flujo de líquido NIST.
La calibración no corrige automáticamente el medidor a menos que se realice y documente un ajuste por separado.
Verificación
La verificación verifica si el medidor continúa funcionando dentro de un criterio de aceptación establecido. Puede utilizar un medidor maestro,-diagnóstico integrado, una referencia portátil, un probador, una balanza de proceso u otro método aprobado.
Una comparación de campo puede identificar una diferencia significativa, pero su conclusión está limitada por la incertidumbre y la calidad de la instalación tanto del medidor bajo prueba como del de referencia.
Verificación cero
Una verificación de cero evalúa el flujo indicado cuando se ha establecido la condición requerida sin-flujo. El procedimiento correcto depende de la tecnología- y del modelo-.
Para muchos medidores de líquido, la puesta a cero requiere una tubería completamente llena con el fluido estacionario. Una tubería vacía no es automáticamente una referencia de flujo cero-válida. Las válvulas, la convección térmica, las fugas, las vibraciones o el gas atrapado pueden hacer que la aparente falta de flujo sea inadecuada.
Para conocer pasos de preparación adicionales, revise el sitioinformación de calibración del medidor de flujo.
¿Con qué frecuencia se debe calibrar un medidor de flujo?
No existe un intervalo universal. El cronograma debe considerar:
- Riesgo de proceso
- Requisitos reglamentarios o del cliente.
- Valor de medición
- Deriva histórica
- Condición del fluido
- Tecnología de contadores
- Severidad operativa
- Resultados de verificación anteriores
- Incertidumbre requerida
Un intervalo-basado en el riesgo respaldado por un historial documentado es más defendible que aplicar un período fijo a cada medidor.
Conceptos erróneos comunes sobre los medidores de flujo
"Todos los medidores de flujo miden la velocidad"
No es así. Los medidores Coriolis miden el flujo másico directamente, los medidores de desplazamiento positivo cuentan volúmenes conocidos y los medidores de masa térmica evalúan la transferencia de calor.
"El medidor con la especificación de mayor precisión siempre es el mejor"
Unas especificaciones de laboratorio altas no pueden compensar un fluido incompatible, un tamaño deficiente, una tubería recta insuficiente, condiciones de fase inestable o una configuración incorrecta.
"El tamaño de la tubería es suficiente para seleccionar un medidor"
La selección también requiere flujo, presión, temperatura, propiedades del fluido, instalación, materiales, producción requerida y objetivos de rendimiento mínimos, normales y máximos.
"Un medidor-de abrazadera no tiene requisitos de instalación"
Los sensores externos evitan cortar la tubería, pero los datos precisos de la tubería, la preparación de la superficie, el acoplamiento acústico, la posición del sensor, el espaciado, el perfil de flujo y el diagnóstico de la señal siguen siendo esenciales.
"Una lectura estable debe ser precisa"
Los errores de configuración, la compensación cero, el recubrimiento, los supuestos de densidad, el factor K- incorrecto, las dimensiones deficientes de la tubería y el sesgo de calibración pueden producir valores estables pero incorrectos.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la diferencia entre un medidor de flujo y un sensor de flujo?
R: Un sensor de flujo es el elemento que detecta una respuesta física-relacionada con el flujo. Un medidor de flujo generalmente se refiere al instrumento de medición completo, que puede incluir el sensor, el transmisor, la pantalla, el totalizador, las salidas y el diagnóstico. La terminología varía entre fabricantes.
P: ¿Un medidor de flujo mide la presión?
R: Un medidor de flujo mide el flujo, pero un sistema de presión diferencial utiliza la diferencia de presión como medida intermedia. Un transmisor de presión por sí solo no puede proporcionar un flujo confiable a menos que se combine con el elemento primario, los datos del fluido y el cálculo correctos.
P: ¿Qué medidor de flujo genera la menor pérdida de presión?
R: Un medidor ultrasónico montado externamente no obstruye el interior de la tubería y, por lo tanto, no agrega ninguna pérdida de presión relacionada con el sensor-al proceso. Los medidores magnéticos-de diámetro total también suelen introducir pocas pérdidas permanentes cuando se instalan sin una reducción innecesaria del diámetro.
P: ¿Puede el mismo caudalímetro medir líquidos y gases?
R: Algunos principios de medición pueden diseñarse tanto para líquidos como para gases, pero se aplican un modelo, configuración, tamaño y calibración específicos a medios y condiciones de operación definidos. No se debe transferir un medidor entre servicios no relacionados sin la confirmación de ingeniería.
P: ¿Qué caudalímetro es mejor para el agua?
R: No hay una respuesta única. Una tubería de agua conductiva-completa puede ser adecuada para un medidor magnético. Una modernización donde la tubería no se puede cortar puede ser adecuada para la medición ultrasónica del tiempo de tránsito. El agua limpia de bajo-flujo puede ser adecuada para tecnología de turbina, ultrasónica u otro modelo-específico. Las condiciones de las aguas residuales y los lodos requieren una evaluación por separado.
P: ¿Se puede medir el flujo temporalmente?
R: Sí. Un medidor de flujo ultrasónico portátil puede ser útil para inspecciones, verificación, equilibrio y resolución de problemas temporales cuando la tubería y el fluido admiten una medición acústica confiable.
P: ¿Qué información se necesita para una cotización de medidor de flujo?
A: Nombre y composición del fluido.
Líquido, gas o vapor
Caudal mínimo, normal y máximo.
Tamaño y horario de la tubería.
Presión mínima y máxima
Temperatura mínima y máxima
Densidad, viscosidad y conductividad cuando sea relevante.
Sólidos, burbujas, gotas o humedad.
Precisión y repetibilidad requeridas
Conexión, materiales y clasificación de presión.
Fuente de alimentación y señal de salida.
Limitaciones de instalación
Requisitos normativos, sanitarios o de áreas peligrosas-
P: ¿Cuánto cuesta un medidor de flujo?
R: El costo depende de la tecnología, el tamaño, los materiales, la presión nominal, la temperatura, la precisión, las aprobaciones, los resultados, el diagnóstico, la conexión, la calibración y la instalación. Los costos del ciclo de vida, como parada, pérdida de presión, mantenimiento y verificación, deben compararse con el precio de compra.
Conclusión
Un medidor de flujo convierte una respuesta física creada al mover un fluido en una medición de flujo utilizable. La respuesta puede ser una diferencia de presión, voltaje inducido, tiempo de viaje acústico, frecuencia del vórtice, velocidad del rotor, volumen desplazado, transferencia de calor o movimiento del tubo vibratorio-.
Comprender el principio de funcionamiento ayuda a explicar por qué una tecnología funciona bien en una aplicación particular y mal en otra. La selección final también debe considerar el fluido, el objetivo de medición, el rango de flujo, la presión, la temperatura, la instalación, la pérdida de presión, los materiales, la precisión, la reducción, los resultados, la calibración y el costo del ciclo de vida.
Antes de seleccionar un modelo, prepare los datos completos de la aplicación y compare las condiciones de funcionamiento con las especificaciones confirmadas por el fabricante. Para una evaluación específica del proyecto-, envíe la información del proceso a través delformulario de consulta sobre caudalímetro.
