Este principio operativo hace que la tecnología sea particularmente útil para aceites limpios y otros líquidos viscosos, pero las mismas holguras internas que hacen posible un desplazamiento preciso también crean límites importantes. La viscosidad, la contaminación, el aire atrapado, el desgaste, el caudal y la caída de presión pueden influir en el rendimiento-en el mundo real.
La siguiente guía explica el principio de funcionamiento del medidor de flujo de engranaje ovalado, desde el movimiento de los engranajes hasta la salida eléctrica, y luego muestra cómo ese principio afecta la precisión, la idoneidad de la aplicación, la instalación y la selección del medidor.
¿Qué es un medidor de flujo de engranajes ovalados?
Un medidor de flujo de engranajes ovalados es un instrumento de desplazamiento positivo que contiene dos rotores ovalados dentro de una cámara muy mecanizada. A medida que ingresa líquido, la presión diferencial a través del medidor hace que los rotores giren. Las bolsas formadas entre los rotores y la pared de la cámara transportan volúmenes discretos desde la entrada hasta la salida.
Dependiendo del diseño mecánico, los rotores pueden interactuar directamente o utilizar una disposición de sincronización separada. El principio de medición esencial es el mismo: cada movimiento completo corresponde a un volumen desplazado predecible.
Puedes ver este tipo de instrumento en el sitiogama de medidores de flujo de engranajesy un especificoConfiguración del medidor de flujo de engranaje ovalado.
El mecanismo básico también está documentado en el documento de OMEGA.manual técnico del medidor de desplazamiento positivo, que describe rotores ovalados que transfieren un volumen preciso a través de la cámara de medición durante la rotación.
¿Cómo funciona un caudalímetro de engranaje ovalado?
1. El líquido ingresa a la cámara de medición
El líquido del proceso ingresa a la entrada del medidor y crea una diferencia de presión entre los lados aguas arriba y aguas abajo de los rotores. Esta presión proporciona la fuerza mecánica que hace girar los engranajes. Por lo tanto, los elementos de medición normalmente no necesitan un motor externo.
2. Se aísla un volumen definido
Cuando un rotor se aleja de la pared de la cámara, se abre una bolsa entre la superficie del rotor y la carcasa. El líquido llena ese espacio. Los espacios internos de precisión restringen las fugas incontroladas desde la entrada a la salida, por lo que la mayor parte del líquido sigue la ruta de desplazamiento prevista.
Ésta es la diferencia clave entre la medición de desplazamiento positivo y las tecnologías inferenciales: el medidor maneja repetidamente un volumen físicamente definido en lugar de medir primero la velocidad y convertir ese valor en flujo volumétrico.
3. Los rotores transfieren el líquido
Los dos rotores continúan girando en secuencia sincronizada. El líquido atrapado alrededor del exterior de cada rotor se transporta hacia la salida mientras se llena otra cámara en la entrada.
Un punto importante es que el número exacto de eventos de desplazamiento por revolución depende de la geometría del medidor. Por lo tanto, debería provenir de los datos de diseño y calibración del fabricante y no de una suposición genérica sobre todos los medidores de engranajes ovalados.
4. El volumen medido sale del medidor
Cuando una cámara llena llega al lado de aguas abajo, su líquido se descarga. Ya se está llenando otra cámara, por lo que la rotación repetida del engranaje produce una transferencia casi continua de volúmenes discretos de líquido.
5. La rotación se convierte en una señal de flujo utilizable
El movimiento mecánico puede accionar un registro local o detectarse electrónicamente. Los medidores electrónicos pueden utilizar mecanismos de detección magnéticos, de efecto Hall- u otros para generar pulsos correspondientes al movimiento del rotor.
Se puede enviar una señal de pulso a una pantalla, PLC, controlador de lotes ototalizador de flujo. La electrónica receptora utiliza el factor del medidor para convertir esos pulsos en volumen acumulado y caudal instantáneo.
¿Cómo se calculan el volumen total y el caudal?
La relación subyacente es simple:
Volumen total=volumen desplazado por ciclo de medición × número de ciclos
El caudal añade un componente de tiempo:
Caudal=volumen medido ÷ tiempo transcurrido
Los medidores electrónicos de engranajes ovalados comúnmente expresan esta relación a través de un factor K-o factor de medidor, a menudo definido como un cierto número de pulsos por unidad de ingeniería de volumen. Un controlador que cuenta esos pulsos puede totalizar el líquido, mientras que la frecuencia del pulso indica qué tan rápido ese volumen pasa a través del medidor.
El factor K-no debe tratarse como un número universal arbitrario. Pertenece al medidor específico y su calibración. Para sistemas de medición donde la precisión es importante, utilice el factor suministrado o establecido durante la calibración en lugar de calcular uno únicamente a partir de las dimensiones nominales del engranaje.
La guía del NIST sobrecalibración del medidor de flujo de líquidoilustra por qué el factor del medidor y su incertidumbre son parte del resultado completo de la medición. Para obtener más contenido del sitio sobre este tema, consulte la guía paraMétodos de calibración y trazabilidad del medidor de flujo de líquido..
¿Por qué es importante la viscosidad?
La viscosidad influye en la medición de engranajes ovalados de dos maneras diferentes, y observar solo una de ellas puede llevar a una mala selección del medidor.
En primer lugar, algo de líquido puede pasar a través de los pequeños espacios entre los componentes móviles y estacionarios sin estar completamente representado por el ciclo de desplazamiento previsto. Esto generalmente se describe como fuga interna o deslizamiento. Con un líquido muy fino, las fugas a través de esos espacios pueden volverse más importantes, especialmente con un flujo bajo.
A medida que aumenta la viscosidad, el flujo a través de los espacios es generalmente más restringido. Ésta es una de las razones por las que los medidores de desplazamiento positivo pueden funcionar bien con aceites viscosos y líquidos similares.
Sin embargo, la alta viscosidad también aumenta la resistencia al movimiento. Es posible que se requiera más presión diferencial para hacer girar los rotores y la caída de presión a través del medidor puede aumentar. Con una viscosidad suficientemente alta, es posible que sea necesario reducir el flujo máximo utilizable.
La guía de KOBOLD sobremedidores de flujo de desplazamiento positivo, por ejemplo, señala específicamente que los fluidos altamente viscosos pueden requerir un flujo máximo reducido para mantener la caída de presión dentro de un rango aceptable.
La lección práctica es que la viscosidad nunca debe evaluarse sola. Compruébelo junto con el caudal, la presión diferencial disponible, la temperatura del proceso y el tamaño del medidor.
Precisión, repetibilidad y deslizamiento interno no son lo mismo
Las especificaciones de los medidores de flujo a menudo utilizan varios términos que son fáciles de tratar como intercambiables.
ExactitudDescribe en qué medida el resultado indicado coincide con la referencia o el valor aceptado en condiciones específicas.
RepetibilidadDescribe la consistencia con la que el instrumento produce el mismo resultado cuando la medición se repite en las mismas condiciones.
Un medidor puede ser altamente repetible y aun así tener un error de medición sistemático. La calibración puede identificar y corregir parte de esa diferencia sistemática, pero no elimina los problemas mecánicos, las condiciones operativas inadecuadas o las propiedades cambiantes del proceso.
En el caso de un medidor de engranajes ovalados, varios factores merecen especial atención.
Flujo bajo
Con un flujo bajo, las fugas a través de los espacios internos aumentan en relación con la cantidad total que pasa a través del medidor. Incluso si el deslizamiento absoluto cambia muy poco, su porcentaje del rendimiento medido puede aumentar. Esto ayuda a explicar por qué el extremo inferior del rango operativo merece especial atención.
Por lo tanto, las aplicaciones centradas en pequeñas cantidades deben adaptarse a un medidor dimensionado para el rango operativo real en lugar de simplemente a la conexión de la tubería. Las páginas del sitio enmedidores de engranajes para caudales bajosproporcionar contexto adicional para este tipo de aplicación.
Temperatura
La temperatura afecta los materiales del medidor, pero también cambia el fluido. Un aceite puede ser considerablemente más viscoso durante un arranque en frío que después de que el proceso alcanza la temperatura de funcionamiento. Por lo tanto, el medidor puede experimentar diferentes comportamientos de caída de presión y deslizamiento en diferentes puntos del mismo ciclo de producción.
Tener puesto
El desgaste de las superficies del rotor, los cojinetes o la cámara de medición puede alterar los juegos internos. Espacios libres más grandes pueden cambiar las características de las fugas y eventualmente alterar el rendimiento del medidor. Por eso el historial de calibración puede resultar útil: un cambio gradual en el factor del medidor puede indicar algo más que un problema electrónico.
Aire arrastrado
Un medidor de engranaje ovalado mide el volumen que ocupa su cámara de medición. Si parte de esa cámara contiene gas en lugar del líquido previsto, el rotor aún puede moverse y el medidor aún puede registrar el volumen desplazado. Por lo tanto, es posible que el resultado mostrado ya no represente el volumen de líquido que el operador pretendía medir.
¿Dónde funcionan bien los caudalímetros de engranajes ovalados?
Las aplicaciones más fuertes generalmente involucran líquidos limpios donde es útil la medición volumétrica directa. Los ejemplos típicos incluyen aceite lubricante, aceite hidráulico, combustible, resina, adhesivo, jarabe, aceite comestible y productos químicos de proceso compatibles.
El nombre exacto del fluido no es suficiente para aprobar una solicitud. Aún deben comprobarse su viscosidad a la temperatura de funcionamiento, limpieza, compatibilidad química, presión, rango de flujo esperado y pérdida de presión permitida.
La tecnología de engranajes ovalados también es relevante para los sistemas de control de procesos y procesamiento-porque el desplazamiento volumétrico repetido produce una señal que se puede totalizar o contar. Más ejemplos-orientados a aplicaciones están disponibles en las secciones del sitio sobreMedición de flujo de engranajes para control de procesos.yaplicaciones de medidores de flujo de engranajes industriales.
¿Cuándo es un medidor de engranajes ovalado una mala elección?
- Líquidos cargados de abrasivos o partículas-:Los sólidos pueden dañar las superficies internas cercanas o restringir el movimiento del rotor.
- Procesos con importante gas arrastrado:El gas que ocupa parte de la cámara de medición puede distorsionar el resultado del volumen de líquido- deseado.
- Sistemas con presión diferencial disponible muy limitada:El desplazamiento mecánico crea una pérdida de presión, especialmente a medida que aumentan la viscosidad y el flujo.
- Líquidos químicamente incompatibles:El cuerpo, los rotores, los sellos, los cojinetes y otros componentes húmedos deben ser compatibles con el medio del proceso.
- Aplicaciones que requieren flujo másico directo:un medidor de engranaje ovalado mide fundamentalmente el volumen más que la masa.
Engranaje ovalado frente a otras tecnologías de medidores de flujo
| Tecnología | Característica de medición | Razón típica para considerarlo |
|---|---|---|
| Engranaje ovalado | Medición de volumen de desplazamiento positivo | Líquidos viscosos limpios, procesamiento por lotes y aplicaciones de bajo-flujo |
| Turbina | Medición del rotor relacionada con la velocidad- | Líquidos limpios y de flujo relativamente libre-donde las condiciones de presión y flujo se adaptan al medidor |
| Electromagnético | Medición de velocidad basada en inducción electromagnética. | Líquidos conductores, incluidos muchos procesos químicos y de agua. |
| Coriolis | Medición directa del flujo másico | Procesos que requieren flujo másico, información de densidad o alta capacidad de medición en condiciones cambiantes de fluidos. |
Éstas son distinciones generales, no reglas de selección universales. Los lectores que comparen tecnologías pueden revisar el sitiomedidores de flujo de turbina, medidores de flujo electromagnéticosy guía para elPrincipio de funcionamiento del medidor de flujo Coriolisantes de elegir un método de medición.
Cómo seleccionar un medidor de flujo de engranaje ovalado
No comience sólo con el diámetro de la tubería. Comience con el proceso.
- Identifica el líquido.Registre el medio real y, en su caso, su composición o concentración.
- Determine la viscosidad a la temperatura de funcionamiento.Si la temperatura cambia sustancialmente, proporcione el rango de viscosidad en lugar de un único valor de temperatura ambiente-.
- Definir caudal mínimo, normal y máximo.El tamaño aproximado al rango operativo real ayuda a evitar un rendimiento deficiente de flujo-bajo o una velocidad excesiva del rotor.
- Verifique la presión y la presión diferencial disponible.El medidor debe cumplir con la presión nominal del sistema sin crear pérdidas de proceso inaceptables.
- Confirme los límites de temperatura.Compruebe tanto los materiales mecánicos como los electrónicos.
- Compruebe la compatibilidad del material-mojado.Incluye cuerpo, rotores, sellos y otros componentes expuestos al fluido.
- Seleccione la salida requerida.Decida si el sistema necesita indicación local, salida de pulsos, transmisión analógica, totalización o integración con un controlador.
- Definir el rendimiento de medición requerido.Separe los requisitos de precisión reales de la repetibilidad o las necesidades de supervisión de procesos-simples.
Si las condiciones de aplicación no son estables, defina el peor caso operativo creíble en lugar de seleccionar el medidor únicamente de las condiciones normales.
Prácticas de instalación y puesta en servicio
Mantenga los contaminantes fuera de la cámara de medición. Generalmente se recomienda un filtro aguas arriba adecuado cuando pueda haber materias extrañas presentes. La documentación del engranaje ovalado de OMEGA también advierte que la suciedad puede dañar el mecanismo y recomienda llenar lentamente el medidor en lugar de someterlo a una purga de aire repentina.
El medidor debe permanecer lleno de líquido durante la medición. Cuando pueda entrar aire en el proceso, aborde la fuente en lugar de tratar las lecturas inestables únicamente como un problema electrónico.
Siga la dirección del flujo y los límites operativos indicados por el fabricante. Evite el funcionamiento continuo por encima del rango de flujo nominal y considere la pulsación de la bomba donde el equipo aguas arriba produce un flujo muy variable.
Después de la instalación, verifique la cadena de señales y el medidor en sí: la salida del sensor, la escala de pulso, el factor K-, la configuración de la pantalla y los ajustes del PLC o del totalizador deben representar las mismas unidades de ingeniería.
Problemas comunes y qué comprobar primero
| Síntoma | Causas probables | Primeros controles |
|---|---|---|
| La lectura es inferior a la esperada. | Deslizamiento interno, desgaste, factor K- incorrecto u operación por debajo del rango adecuado | Verifique el rango de flujo, la viscosidad, el factor de calibración y el historial de servicio. |
| La lectura es inestable. | Aire arrastrado, flujo pulsante o condiciones de proceso inestables | Inspeccione la línea de líquido y compare la inestabilidad con el funcionamiento de la bomba. |
| Los rotores se detienen o el flujo se restringe | Contaminación, viscosidad excesiva o daño interno. | Compruebe el filtro, la caída de presión y la libertad de movimiento del rotor según las instrucciones de mantenimiento. |
| La caída de presión aumenta | Filtro bloqueado, contaminación, mayor viscosidad o flujo excesivo | Compare la temperatura, la viscosidad y el flujo actuales con las condiciones de funcionamiento normales. |
| El volumen mostrado es constantemente incorrecto | Escalado incorrecto, factor K-o cambio de calibración | Verifique la configuración del pulso antes de cambiar el medidor mecánico |
Cuando sea necesaria una calibración, utilice un método de referencia documentado y conserve los resultados para poder comparar los cambios a lo largo del tiempo. El artículo del sitio sobrecómo calibrar un medidor de flujoproporciona antecedentes adicionales.
Preguntas frecuentes
¿Un medidor de flujo de engranajes ovalados es un medidor de desplazamiento positivo?
Sí. Mide líquidos aislando y transfiriendo repetidamente volúmenes definidos a través de una cámara de medición, que es el principio fundamental de desplazamiento positivo.
¿Un medidor de engranajes ovalados mide el flujo másico?
No. Su principal cantidad medida es el volumen. El flujo de masa requiere información de densidad o una tecnología diseñada para medir la masa directamente.
¿Por qué se suelen utilizar medidores de engranajes ovalados para el aceite?
Muchos aceites son limpios y relativamente viscosos, condiciones que pueden adaptarse a la medición de desplazamiento positivo. La elección final aún depende del rango de flujo, la viscosidad a la temperatura del proceso, la caída de presión, los materiales y la precisión requerida.
¿La viscosidad afecta la precisión?
Puede afectar el rendimiento porque la viscosidad influye en el deslizamiento interno y la pérdida de presión. Un líquido fluido puede filtrarse más fácilmente a través de los espacios internos, mientras que un líquido muy viscoso puede requerir una mayor presión diferencial para mover los rotores.
¿Un medidor de engranajes ovalados necesita tramos de tubería largos y rectos?
Su medición no depende del desarrollo de un perfil de velocidad de la misma manera que lo hacen muchos medidores basados en la velocidad-, por lo que los requisitos-de ejecución recta suelen ser menos exigentes. Aún así se deben seguir las instrucciones de instalación para el modelo específico.
¿Por qué es importante un colador?
El medidor contiene elementos móviles y espacios reducidos. Los materiales extraños pueden restringir la rotación, acelerar el desgaste o cambiar el rendimiento de la medición.
¿Qué información se debe proporcionar antes de seleccionar un medidor?
Proporcione el fluido, la viscosidad a la temperatura de funcionamiento, el flujo mínimo y máximo, la presión, la temperatura, los requisitos de conexión, los requisitos-de material mojado, la producción deseada y el objetivo de rendimiento-de medición.
Conclusión
El principio de funcionamiento del medidor de flujo de engranaje ovalado se basa en el desplazamiento volumétrico directo. Los rotores aíslan repetidamente volúmenes de líquido conocidos, los mueven a través de la cámara de medición y convierten su rotación en una indicación mecánica o señal electrónica.
Ese mecanismo explica tanto las fortalezas como los límites de la tecnología. Los líquidos viscosos limpios pueden ser adecuados para la medición de engranajes ovalados, mientras que la contaminación, el aire atrapado, la pérdida excesiva de presión, los materiales inadecuados y el funcionamiento fuera del rango de flujo previsto pueden reducir el rendimiento.
Para la selección, céntrese en la condición operativa completa en lugar de en una sola especificación. Las propiedades del fluido, la viscosidad, el rango de flujo, la temperatura, la presión, los materiales, los requisitos de salida y medición deben evaluarse juntos. Cuando esos factores coinciden con el principio de desplazamiento positivo, un medidor de engranaje ovalado puede proporcionar una solución práctica para medición volumétrica, dosificación y monitoreo de procesos.
