Medidor de flujo másico térmico

Diseño de tubo calentado
Los medidores de flujo de tubo calentado se desarrollaron para proteger los elementos calentadores y sensores de la corrosión y cualquier efecto de recubrimiento del proceso. Al montar los sensores externamente a la tubería, los elementos sensores responden más lentamente y la relación entre el flujo másico y las diferencias de temperatura se vuelve no lineal. Esta no linealidad resulta del hecho de que el calor introducido se distribuye sobre una parte de la superficie de la tubería y se transfiere al fluido de proceso a diferentes velocidades a lo largo de la tubería.

La temperatura de la pared de la tubería es más alta cerca del calentador, mientras que, a cierta distancia, no hay diferencia entre la temperatura de la pared y la del fluido. Por lo tanto, la temperatura del fluido no calentado (Tf) se puede detectar midiendo la temperatura de la pared en este lugar más alejado del calentador. Este proceso de transferencia de calor no es lineal y la ecuación correspondiente difiere de la anterior de la siguiente manera: m0.8=Kq/(Cp(Tw – Tf)).

Este caudalímetro tiene dos modos de funcionamiento: uno mide el caudal másico manteniendo constante la entrada de energía eléctrica y detectando el aumento de temperatura. El otro modo mantiene constante la diferencia de temperatura y mide la cantidad de electricidad necesaria para mantenerla. Este segundo modo de funcionamiento proporciona una capacidad de alcance del medidor mucho mayor.

Diseño tipo bypass
La versión bypass del medidor de flujo másico térmico fue desarrollada para medir caudales mayores. Consiste en un tubo capilar de pared delgada (aproximadamente 0.125 de diámetro) y dos detectores de temperatura de resistencia de autocalentamiento (RTD) enrollados externamente que calientan el tubo y miden el aumento de temperatura resultante. El sensor se coloca en un bypass alrededor de una restricción en la tubería principal y está dimensionado para operar en la región de flujo laminar en todo su rango operativo.

Cuando no hay flujo, los calentadores elevan la temperatura del tubo de derivación a aproximadamente 160 grados F por encima de la temperatura ambiente. Bajo esta condición, existe una distribución de temperatura simétrica a lo largo del tubo. Cuando se produce un flujo, las moléculas de gas transportan el calor aguas abajo y el perfil de temperatura se desplaza en la dirección del flujo. Un puente de Wheatstone conectado a los terminales del sensor convierte la señal eléctrica en un caudal másico proporcional al cambio de temperatura.

El pequeño tamaño del tubo de derivación permite minimizar el consumo de energía eléctrica y aumentar la velocidad de respuesta de la medición. Por otro lado, debido al pequeño tamaño, son necesarios filtros para evitar obstrucciones. Una limitación importante es la alta caída de presión (hasta 45 psi) necesaria para desarrollar un flujo laminar. Normalmente, esto sólo es aceptable para aplicaciones de gas a alta presión donde es necesario reducir la presión en cualquier caso.

Este es un medidor de flujo de baja precisión (2% de escala completa), bajo mantenimiento y bajo costo. Los paquetes electrónicos dentro de las unidades permiten la adquisición de datos, el registro de gráficos y la interfaz con la computadora. Estos dispositivos son populares en la industria de procesamiento de semiconductores. Las unidades modernas también están disponibles como circuitos de control completos, que incluyen un controlador y una válvula de control automático.

Sondas de velocidad del aire
Los sensores de flujo másico tipo sonda se utilizan para medir flujos de aire y son insensibles a la presencia de cantidades moderadas de polvo. Mantienen un diferencial de temperatura entre dos RTD montados en el tubo del sensor. El sensor superior mide la temperatura ambiente del gas y mantiene continuamente el segundo RTD (cerca de la punta de la sonda) a 60 grados F por encima de la temperatura ambiente. Cuanto mayor es la velocidad del gas, más corriente se requiere para mantener el diferencial de temperatura.

Otra versión de la sonda de velocidad es el medidor de flujo másico térmico tipo venturi, que coloca un sensor de flujo másico calentado en el diámetro mínimo de un elemento de flujo venturi y una sonda de compensación de temperatura aguas abajo. Una rejilla de entrada mezcla el flujo para uniformar la temperatura. Este diseño se utiliza para mediciones de gases y líquidos (incluidos lodos), con un rango de flujo que depende del tamaño del venturi. La caída de presión es relativamente baja y la precisión depende de encontrar la profundidad de inserción de la sonda adecuada.

También está disponible una versión de interruptor de flujo que contiene dos sensores de temperatura en la punta. Uno de los sensores se calienta y la diferencia de temperatura es una medida de velocidad. El interruptor se puede utilizar para detectar un flujo alto o bajo dentro del 5%.