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Criterio de selección de un caudalímetro másico

Cómo elegir un caudalímetro  másico Los procesos industriales y químicos, que van desde la polimerización hasta la elaboración de cerveza, dependen del suministro de cantidades precisas de líquidos o gases. Las tasas de suministro pueden ser medidas en términos flujo másico o volumen por unidad de tiempo, y la elección de la mejor opción depende de la aplicación deseada.

En muchas situaciones, la medición del flujo volumétrico es suficiente, sobre todo si la temperatura y la presión son conocidas y estables. Sin embargo, como la medición de flujo másico indica directamente la cantidad de moléculas presentes, tiene la ventaja de ser inmune a la variación de densidad.

La mayoría de los ingenieros están familiarizados con algunas de las muchas maneras de medir el flujo volumétrico. La medición de flujo másico, en general, es menos conocida y comprendida. Este artículo de OMEGA Engineering explica cómo las tasas de caudal másico se pueden medir directamente (por ejemplo, a través de la pérdida de calor) e indirectamente (por inferencia a partir de la caída de presión) y destaca las características relevantes de algunos caudalímetros másicos disponibles en el mercado. Las secciones abordan:
  • Tipos de medidores de flujo másico y principios de funcionamiento
  • Factores que influyen en la precisión
  • Aplicaciones de caudalímetros másicos
  • Las tecnologías más avanzadas para la medición de flujo másico y volumétrico

Tipos de caudalímetros másico y Principios de Funcionamiento

Contenedores de cobre
Contenedores de cobre
Los tipos más utilizados de medidores son los de presión diferencial, masa térmica, y de Coriolis.

Medidor de Flujo de Presión Diferencial
Una obstrucción, tal como un disco con una perforación de diámetro conocido, se inserta en una región de flujo laminar, y la presión del fluido se mide en cada lado. La presión será mayor en el lado superior, con la diferencia en las lecturas siendo proporcional a la distancia entre los dos puntos de lectura, tasa de flujo volumétrico, viscosidad y diámetro del tubo, tal como se establece en la ecuación de Poiseuille. Las correcciones se hacen para la temperatura y presión para generar una tasa de flujo másico estandarizada.

Caudalímetro Másico Térmico
Estos están disponibles en dos diseños: tubo de muestra calentado y sonda insertada. Ambos obtienen masa a partir de la capacidad de calor específica del fluido (lo que anula las variaciones de densidad), entonces esta propiedad debe ser conocida. Los caudalímetros másicos térmicos son ideales para bajas tasas de flujo de gas.

En un medidor de flujo másico con tubo de muestra calentado, algunos o todos los flujos pasan a través de un tubo de alta precisión. Se aplica calor al tubo y el cambio de temperatura se mide. La diferencia de temperatura entre los dos puntos indica la cantidad de energía que el fluido ha absorbido, lo que depende de la masa en movimiento a través del tubo.

Los caudalímetros másicos con sonda insertada utilizan el mismo principio, pero con dos sondas RTD posicionadas en el flujo. El sensor superior mide la temperatura del fluido, mientras que el segundo se calienta a una temperatura superior a la del primero sensor. El calor se transfiere desde el segundo sensor al fluido a una tasa correspondiente a la tasa de flujo másico.

Medidor de Flujo Másico Coriolis
Los medidores de flujo másico Coriolis miden la masa a través de inercia. El gas denso o líquido fluye a través de un tubo que se hace vibrar por un pequeño actuador. Esta aceleración produce una fuerza de torsión medible en el tubo que es proporcional a la masa. La tasa de flujo de masa se indica sin necesidad de conocer el fluido que fluye en el interior. Los más sofisticados caudalímetros de Coriolis emplean tubos dobles curvados para ofrecer una mayor sensibilidad y una menor caída de presión.

Factores que Influyen en la Precisión

Hay tres factores que afectan la exactitud del medidor de flujo másico de presión diferencial. En primer lugar, la medición es deducida de la temperatura y de la presión, por lo que cualquier error en estos reflejará en el resultado final. En segundo lugar, hay supuestos sobre la viscosidad y el grado en que el flujo laminar se alcanza (la turbulencia afecta el flujo a través de la obstrucción y crea mediciones erróneas de presión). En tercer lugar, y quizás lo más importante, el orificio puede desgastarse, volviéndose cada vez más grande y, así, reduciendo la caída de presión. Dependiendo del fluido, hay también un riesgo de bloqueo parcial.

Al utilizar caudalímetros másicos térmicos, es importante tener en cuenta la posible influencia de:
  • La humedad de condensación en el detector de temperatura. Los gases saturados pueden producir humedad, dando lugar a lecturas erróneas y a la corrosión.
  • La acumulación de partículas. Lecturas bajas también pueden ocurrir si la transferencia de calor es impedida por la acumulación de residuos en el sensor.
  • Error en el supuesto de capacidad de calor específica, derivada de variación o inconsistencias en la composición del gas.
Además, los medidores de flujo másicos térmicos necesitan tiempo para alcanzar una temperatura de funcionamiento estable. Las lecturas no se deben tomar luego después que se enciende el dispositivo.

Los medidores de flujo másico Coriolis, aunque sean considerados los más precisos, son susceptibles a los errores resultantes de burbujas en el líquido. Estas generan "salpicaduras" dentro del tubo, generando ruido y cambiando la energía necesaria para la vibración del tubo. Grandes cavidades aumentan desmedidamente la energía necesaria para la vibración del tubo, dando lugar a un fracaso absoluto. Además, la separación de líquido en gas y líquido produce un efecto amortiguador en las vibraciones del tubo.

Aplicaciones para caudalímetros másicos

Los caudalímetros másico de presión diferencial se pueden utilizar en cualquier lugar en que sea posible asumir con seguridad que el fluido tiene una viscosidad constante y que la temperatura no cambiará. La compresibilidad de los gases puede causar problemas, pero aplicaciones de dispensación y manejo de líquidos funcionan bien. Deben tenerse en cuenta posibles compensaciones para la caída de presión a través del medidor. Estos son útiles cuando una lectura debe ser tomada cuando el medidor es encendido.

Medidores de flujo másicos térmicos funcionan con líquidos y gases. Se utilizan ampliamente para:
  • Medición de gas en procesos de semiconductores
  • Monitoreo del aire en instalaciones de energía nuclear
  • Procesamiento químico
  • Detección de fugas y filtro
Otras aplicaciones comunes para los medidores de flujo másicos térmicos incluyen análisis de laboratorio, tales como la cromatografía de gases.

Como la técnica más precisa, y también la más cara, los medidores de flujo másico Coriolis son el tipo predominante de medidor utilizado en aplicaciones científicas, donde se miden gases y líquidos corrosivos y limpios. También se encuentran en:
  • Procesamiento de pulpa y papel
  • Petróleo y aceite
  • Procesamiento químico
  • Manejo de Aguas Residuales
Procesamiento de Pulpa y Papel
Procesamiento de Pulpa y Papel
 Petróleo y Aceite
Petróleo y Aceite
 Manejo de Aguas Residuales
Manejo de Aguas Residuales
Caudalímetros con un diseño de tubo recto se limpian más fácilmente, así que se prefieren para aplicaciones en sectores de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos. También se encargan de los lodos que se encuentran típicamente en las operaciones mineras.

Las Tecnologías Más Avanzadas de caudalímetros Volumétricos y Másicos

caudalímetros Volumétrico y Másico
caudalímetros Volumétrico y Másico
La serie de medidores OMEGA® FMA6600/6700 incluye dispositivos de flujo másico de parámetros múltiples capaces de llevar a cabo mediciones de flujo, presión y temperatura. Desarrollados para el uso con gases, el flujo de masa se mide utilizando el principio de tubo de muestra calentado. Estos medidores manipulan flujos de gas de 0,15 a 100 LPM, con exactitud de ± 1 por ciento y precisión de ±1 1/2 % a gran escala.

Diseñada también para gases secos y limpios, hay la familia de medidores de acero inoxidable FMA3100/3300ST. Utilizando el principio de tubo de muestra calentado, estos manejan tasas de flujo de 0,4 a 20 SCCM a 10-500 LPM, con sensibilidad a la temperatura de ± 0,15%, y repetitividad de ± 0,25%, a gran escala.

Para situaciones en las que un medidor de flujo másico de presión diferencial es más apropiado, el FMA-1600A tiene un rango de 0 a 0,5 SCCM hasta 0-3.000 SLM. Incluye más de 30 calibraciones de gas y visualización de temperatura, presión, volumétrica y de flujo de masa al mismo tiempo. La precisión típica en la serie FMA-1600A es de ± (0,8% de lectura + 0,2% a gran escala).

Conclusión

Las tasas de flujo másico se pueden medir indirectamente por la presión diferencial o directamente con un medidor, usando la capacidad de calor específica o el efecto Coriolis.

Los medidores de flujo másico Coriolis producen los más precisos resultados para la mayoría de los líquidos, pero son caros. Tienen la ventaja de no necesitar ningún conocimiento sobre el fluido que está siendo transportado.

Los medidores de flujo másicos térmicos son un método de medición menos preciso, pero aun así es un método directo. No se requiere el conocimiento de la capacidad de calor específica del fluido.

El medidor de flujo másico de presión diferencial produce una medición indirecta derivada a través de la ecuación de Poiseuille, que debe ser ajustada para la temperatura y la presión del fluido. Esto funciona bien cuando el fluido es incompresible.

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