Medición de Flujo Másico.

Instrumentación Industrial: Medición de Flujo Másico

La medición de flujo másico es crucial en aplicaciones industriales donde el control preciso de la masa es esencial para procesos complejos, como la industria química, petroquímica, alimentaria y farmacéutica. Los medidores de flujo másico permiten obtener mediciones directas de la masa del fluido, eliminando los errores asociados con variaciones en la densidad, temperatura y presión. Actualmente, se destacan dos tipos principales de medidores de flujo másico: los medidores térmicos y los medidores Coriolis.

Figura - Medidor de flujo másico tipo térmico

Existen dos enfoques para determinar el flujo másico:

1. Medición Directa: Utiliza dispositivos como los medidores térmicos y los medidores Coriolis para medir directamente la masa del fluido.
2. Compensación de Medición Volumétrica: Se añade un transmisor de densidad a un medidor volumétrico y se aplica la fórmula m = V * D (donde D es la densidad y V es el volumen). Aunque este método es funcional, depende de la precisión del transmisor de densidad y de las variaciones del fluido.

Los medidores térmicos funcionan basándose en el principio de transferencia de calor. El calor se transfiere entre un cuerpo caliente y un fluido en movimiento, y la cantidad de calor disipada depende de la velocidad del flujo.

• Funcionamiento:

  • Dos sensores de temperatura (RTD) están colocados en la tubería.
  • Uno de los sensores es calentado y el otro mide la temperatura del fluido sin calentar.
  • La diferencia de temperatura entre ambos sensores disminuye a medida que aumenta el flujo, ya que el fluido "enfría" el sensor calentado.
  • La disipación de calor se convierte electrónicamente en una señal proporcional al flujo másico.

• Ventajas:

  • Sencillos y económicos.
  • Adecuados para gases y algunos líquidos.
  • Alta precisión, alrededor de ±1% del flujo.

• Limitaciones:

  • Requieren calibración específica para cada tipo de fluido.
  • Sensibles a variaciones en la conductividad térmica y calor específico.

Estos medidores son ideales para aplicaciones de bajo flujo, como la medición de gases en sistemas HVAC o procesos industriales.

3. Medidores de Flujo Másico Coriolis

Los medidores Coriolis utilizan el efecto Coriolis, que se basa en la deformación de un tubo vibrante debido al flujo del fluido.

• Funcionamiento:

  • El fluido ingresa a dos tubos en forma de U que vibran a su frecuencia natural mediante un sistema magnético.
  • Cuando el fluido fluye a través de los tubos vibrantes, se genera una fuerza de Coriolis perpendicular al flujo.
  • Esta fuerza causa una torsión en los tubos, y la magnitud de la deformación es proporcional al flujo másico.
  • Sensores detectan la diferencia de fase entre los extremos de los tubos para calcular el caudal másico.

• Ventajas:

  • Alta precisión (±0,2% a ±0,4%) y repetibilidad.
  • No dependen de las propiedades del fluido (densidad, temperatura o viscosidad).
  • Aptos para líquidos, gases y suspensiones.
  • Permiten mediciones bidireccionales.

• Limitaciones:

  • Alto costo inicial.
  • Pérdida de presión moderada debido a la geometría interna.

Los medidores Coriolis son ampliamente utilizados en industrias químicas, alimentarias y petroleras debido a su capacidad para manejar fluidos complejos, como crudos pesados y líquidos viscosos.

1. Tubos de flujo: Generalmente de acero inoxidable, vibran a su frecuencia natural y transportan el fluido.
2. Bobina impulsora: Genera la vibración electromagnética de los tubos.
3. Detectores de posición: Miden la torsión del tubo para determinar el caudal másico.
4. Sensores de temperatura: Compensan los efectos térmicos en la vibración de los tubos.
5. Unidad electrónica: Procesa las señales de los sensores y proporciona una salida linealizada.

Además de los medidores térmicos y Coriolis, existen otros dispositivos menos comunes:

• Medidores de Momento Angular: Utilizan una turbina para medir el momento angular generado por el flujo másico.
• Medidores de Frecuencia Natural de Oscilación: Basados en la vibración de un tubo elástico, donde las oscilaciones se ven afectadas por el flujo másico.

1. Independencia de propiedades del fluido: La masa no se ve afectada por cambios en temperatura, presión o densidad.
2. Alta precisión: Ideal para procesos que requieren control estricto de la masa.
3. Mantenimiento reducido: Especialmente en medidores Coriolis, ya que no tienen partes móviles.
4. Aplicaciones versátiles: Desde gas natural hasta líquidos corrosivos y crudos pesados.

• Balance de masa: Procesos químicos complejos.
• Transferencia de custodia: Medición precisa de volúmenes y masas transferidas entre partes.
• Dosificación: Medición exacta de ingredientes en la industria alimentaria.
• Petróleo y gas: Medición de crudos, gas natural y líquidos multicomponentes.
• Industria farmacéutica: Control de soluciones y suspensiones.

Términos destacados :

• Alta precisión - High Accuracy
• Balance de masa - Mass Balance
• Bobina impulsora - Drive Coil
• Calibración - Calibration
• Caudal másico - Mass Flow Rate
• Conductividad térmica - Thermal Conductivity
• Control de procesos - Process Control
• Detectores de posición - Position Detectors
• Diferencia de fase - Phase Difference
• Disipación de calor - Heat Dissipation
• Efecto Coriolis - Coriolis Effect
• Flujo bidireccional - Bidirectional Flow
• Frecuencia natural - Natural Frequency
• Industria alimentaria - Food Industry
• Industria farmacéutica - Pharmaceutical Industry
• Industria petroquímica - Petrochemical Industry
• Medición directa - Direct Measurement
• Medidor térmico - Thermal Meter
• Medidor Coriolis - Coriolis Meter
• Mantenimiento reducido - Low Maintenance
• Momento angular - Angular Momentum
• Sensores de temperatura - Temperature Sensors
• Sistema magnético - Magnetic System
• Transferencia de calor - Heat Transfer
• Tubos de flujo - Flow Tubes

La medición de flujo másico ha revolucionado la instrumentación industrial, proporcionando soluciones precisas y fiables para procesos críticos. Los medidores térmicos son ideales para aplicaciones de gases y bajo caudal, mientras que los medidores Coriolis son la opción preferida para líquidos viscosos, gases y aplicaciones de alta precisión. A medida que las tecnologías evolucionan, estos dispositivos continúan siendo una herramienta.