Medidores Caudal Masa

Contenido

1 Introducción 3

2 Principios generales 4

2.1 Generalidades 4

3 Medidores de caudal de masa 5

3.1.1 Medición directa del caudal-masa 13

3.1.2 Medidores térmicos de caudal 13

3.1.3 Medidores de momento angular 16

4 Conclusión 23

Introducción

Cada vez que surge la necesidad de trabajar con un fluido, es necesario realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos los medidores de flujo.

La determinación del caudal masa puede efectuarse a partir de una medida volumétrica, compensándola para las variaciones de densidad del fluido, o bien, determinar directamente el caudal masa aprovechando características medibles de la masa del fluido.

En el caso que se dispone una medida volumétrica, se compensa directamente la densidad o bien las variables de presión o temperatura. En las ocasiones en que interesa aprovechar características medibles de la masa, existen tres sistemas básicos: los instrumentos térmicos, los de momento angular, y los de Coriolis.

En el desarrollo del presente informe, nos acotaremos al estudio de los medidores de flujo másico, los cuales se clasifican en dos grupos. El medidor de masa inferencial y el medidor de masa verdadero.

Principios generales

Es una necesidad el tener un control del nivel de masa o cantidad de masa del fluido con el que estamos trabajando. Los medidores de masa son usados para líquidos de densidad variable, líquidos multifase o gases que requieren una directa medición del nivel de masa.

En la actualidad sus aplicaciones han llegado a muchos procesos como lo son, la producción del gas natural, refinerías, químicas manufactureras, laboratorios científicos

Generalidades

Existen dos clases principales de medidores de masa:

El medidor de masa inferencial que mide por lo común el flujo volumétrico del fluido y su densidad por separado.

Medidor de masa “verdadero”, que registra directamente el flujo en unidad de masa.

Algunos medidores de flujo másico son:

El medidor de efecto Magnus.

El medidor de momento transversal para flujo axial

El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial.

El medidor de gasto de masa de momento transversal.

El medidor térmico de gasto de masa giroscópico.

El tipo b constituye la base de varios medidores de gasto de masa comerciales, una de cuyas versiones se describirá someramente a continuación

Medidores de caudal de masa

La determinación del caudal masa puede efectuarse a partir de una medida volumétrica

Compensándola para las variaciones de densidad del fluido, o bien determinar directamente el caudal de masa aprovechando características medibles de la masa del fluido.

En el primer caso se compensa directamente la densidad o bien las variables de presión o temperatura.

Compensación de variaciones de densidad del fluido en medidores volumétricos

En los líquidos, como son incompresibles, la densidad varía por los cambios en la temperatura del fluido. Si se instala un transmisor de densidad que mide ésta en condiciones de servicio, bastará aplicar su salida directamente a la salida del transmisor de caudal para tener así el caudal corregido.

Recordemos que la fórmula simplificada del caudal de un fluido incompresible es:

Formula 1.1

K = constante;

Pa- Pe = presión diferencial creada por el elemento;

Po = densidad del líquido en condiciones de servicio;

o bien,

Formula 1.2

Así, pues, la señal de presión diferencial Pa - Pe captada por el transmisor correspondiente debe multiplicarse por la señal del transmisor de densidad. En el caso de señales neumáticas pueden emplearse instrumentos compensadores analógicos tal como el representado en la figura 1.1 en la que puede verse además el diagrama de bloques del sistema con la señal de salida del caudal corregido.

Este diagrama de bloques correspondería también a los instrumentos electrónicos que pudieran emplearse en la compensación. El campo de medida del transmisor de densidad se fija de tal modo que el factor de corrección sea 1 cuando la densidad transmitida corresponde a la de cálculo.

Si el transmisor de densidad mide ésta en condiciones estándar (por ejemplo, a 15° C) la señal de salida correspondiente debe corregirse manual o automáticamente para las variaciones de temperatura de la línea antes de introducirla en el compensador.

En los gases la fórmula simplificada toma la misma forma que la fórmula anterior para líquidos, ya que el factor de expansión E puede incluirse en la constante

K, luego:

Formula 1.3

Con Po = peso específico del gas en las condiciones de servicio.

Varios métodos pueden emplearse para compensar las variaciones de densidad según sean las condiciones de servicio y la precisión que se desee en la medida:

Figura 1.1

Registrar la temperatura o presión, o ambas, y calcular las correcciones.

Compensar automáticamente el caudal sólo para la variable que cambia (por ejemplo, sólo la temperatura).

Compensar automáticamente el caudal para los cambios en la densidad sólo si se esperan variaciones considerables en todas las condiciones de servicio.

En este caso puede trabajarse de dos formas:

Medir la densidad en condiciones de servicio y compensar así de modo directo y automáticamente el caudal.

Medir la densidad en condiciones de referencia (por ejemplo, a 150 C en un líquido y a 0° C y 1,013 bar en un gas) y corregirla manual o automáticamente para las variaciones de temperatura (líquido) o temperatura y presión (gas, considerando la compresibilidad constante) teniendo en cuenta que si las presiones son altas, superiores a 10 bar, la mayor parte de los gases reales se apartan de la ley de los gases perfectos y es necesario aplicar el factor de corrección de compresibilidad.

Teniendo en cuenta que la expresión de la densidad del gas en condiciones de servicio en función del correspondiente a 0° C y 1 atmósfera absoluta de presión es: siendo

Formula 1.4

P = presión absoluta de servicio;

T = temperatura absoluta de servicio;

Ps = densidad del gas a 0° C y 1 atmósfera,

Resulta como expresión del caudal

Formula 1.5

Habiendo considerado Ps constante y conocido englobado en K'. Hay que señalar que, de acuerdo con esta fórmula, se considerarán básicamente elementos primarios que dan señales cuadráticas del caudal (placa orificio, tobera, tubo Venturi) si bien la explicación es válida para los demás (señal lineal con el caudal-medidor magnético, turbina, rotámetro). Las señales cuadráticas pueden hacerse lineales con el caudal utilizando un instrumento extractor de raíz cuadrada.

Los instrumentos neumáticos que compensan la temperatura o la presión o ambas pueden verse en la figura 1.2 junto con el diagrama de bloques correspondiente.

Hay que hacer notar que en la compensación de presión, la medida debe ser en presión absoluta. A presiones superiores a 5 bar pueden utilizarse medidores de presión relativa ajustados para dar señales representativas de la presión absoluta.

Figura 1.2

Figura1.3

En el caso de instrumentos electrónicos pueden utilizarse varios sistemas:

Una unidad compensadora (multiplicador-divisor) que trabaja con un transmisor de presión diferencial, un transmisor de presión absoluta PP11 de 4-20 miliamperios c.c. y un transmisor de temperatura TCII de 4-20 mA c.c. En la figura 1.3 pueden verse las conexiones del sistema.

Una unidad calculadora que compensa el caudal de gas para las variaciones de temperatura y presión con correcciones manuales de peso específico y compresibilidad (fig. 1.4 a). Como características de la unidad figuran su alta precisión de -t- 0,2 % de la escala para el intervalo 4-100 % del caudal y señal de salida 0-10 V C.c., su estabilidad (el instrumento alcanza la precisión señalada después de 15 minutos de conectado y se mantiene durante 60 días sin re calibración) y su facilidad de calibración (señales simuladas de entrada de

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