Ventajas. inconvenientes y aplicaciones de caudalimetros ultrasonicos

03 Noviembre 2010

 

Ventajas:


- Se pueden emplear con diámetros nomínales muy pequeños (DN desde 15 hasta 4.000 / desde 1/2 hasta 160").

 

- Permiten medir fluidos muy corrosivos sin que haya contacto directo.

- No experimentan pérdidas de carga

- Esperanza de vida útil alta.

- Constante de tiempo mínima: 1 a 20 ms para caudalímetros de alto nivel.

- Los sensores de ultrasonidos pueden ser montados a posteriori, tanto los de fijación externa como los soldados a la tubería.

- El principio de medición es independiente de las propiedades físicas del fluido, si éste es homogéneo.

 

 

Inconvenientes:


- Los resultados de la medición son altamente dependientes del perfil de velocidades del flujo porque la velocidad del fluido se mide a lo largo de un estrecho camino acústico, o pequeña zona en que se lleva a cabo la medición.

- Grado de exactitud intermedio a bajo. La exactitud es fuertemente dependiente de las propiedades de propagación de las ondas sonoras del fluido.

- Las deposiciones en la tubería o en el sensor provocan fallos del equipo y errores de

medición.

- El método de medición por efecto Doppler sirve sólo para algunos tipos de aplicaciones,

por ejemplo, el control de caudales.

Limitaciones:

- Grandes cantidades de materia intrusa en el fluido.

- Campo de valores de temperaturas del fluido.

- Perfiles de velocidades de flujo excesivamente perturbados

 

 

Aplicaciones

 

Los caudalímetros de ultrasonidos son versátiles. Permiten medir gases, vapor y líquidos. Las restricciones que presentan estos caudalímetros provienen principalmente de su propia "integridad física", es decir, de las limitaciones relacionadas con, por ejemplo, la resistencia al calor; o, en un nivel mucho menos significativo, de otros factores como un bajo nivel de propagación acústica en el fluido. Aunque sólo unos pocos fluidos presentan una propagación del sonido tan pobre que no puedan funcionar con caudalímetros de este tipo. Sin embargo, otras influencias externas como los fluidos bifásicos o fluidos con un contenido en partículas sólidas en suspensión demasiado alto pueden llegar a atenuar significativamente las ondas de ultrasonidos. Los dos ejemplos reales siguientes ilustran la diversidad de aplicaciones posibles para caudalímetros de fijación externa.

 

 

Ejemplo N° 1 - Montaje a posteriori sin interrupción de servicio

 

Un sistema de suministro de agua para unos 18 millones de consumidores se iba a dividir entre dos operarios. Para tener correctamente localizado el consumo de los usuarios, era necesario proveer las tuberías con caudalímetros. La carga de la red era de 30.000 litros por segundo (7.900 US gal/s), por lo que se desechó la opción de cortar el suministro para la operación. Enseguida se entendió que los sistemas de medición por ultrasonidos resultaban la opción más adecuada y que no había ninguna alternativa seria a ésta. Los caudalímetros se montaron en el exterior de las tuberías de acero (con revestimientos de cemento, DN desde 1.000/40" hasta 3.000/120") sin necesidad de modificarlas (Fig. siguiente). No fue necesario ningún tipo de trabajo estructural y el suministro de agua se mantuvo ininterrumpido.

 

Las mismas ventajas resultaron evidentes en una fábrica de automóviles. De nuevo, la producción no tuvo que ser interrumpida para instalar los caudalímetros por ultrasonidos.

 

Además, el mismo tipo de sensores se montó en todas las tuberías con diámetros nominales desde DN 80 (3") hasta superiores a DN 300 (12").

 

Fig.: Montaje a posteriori de sensores ultrasónicos de fijación externa en una red de tuberías de suministro de agua (DN 1.400/55").

 

 

Ejemplo N°2 - Sustitución de un caudalímetro defectuoso


Los caudalímetros por ultrasonidos son sustitutos habituales de equipos convencionales defectuosos. Una central eléctrica empleaba tanto agua de un río como agua de mar para refrigeración. Para evitar aumentos demasiado bruscos de la temperatura en los flujos de retorno, la velocidad del fluido se controlaba y regulaba en dos puntos, a la entrada y en la descarga, con caudalímetros electromagnéticos.

 

Durante una comprobación rutinaria de mantenimiento, los operarios descubrieron que una bobina de uno de los caudalímetros estaba estropeada, y decidieron reemplazar las dos. Esto habría requerido en general cortar el suministro. Otro problema era la dificultad de obtener caudalímetros magnéticos nuevos del tamaño adecuado (DN 700 a 900 / 28 a 36") en un tiempo razonable.

 

Hubo algunas reservas respecto a si los sistemas por ultrasonidos resultarían una solución viable, porque el material de fabricación de las tuberías, fibra de vidrio reforzada, era prácticamente impermeable al sonido. Un simple paseo por los alrededores resolvió este problema: los sistemas de medición de caudales por ultrasonidos se acoplaron simplemente sobre los tubos de medición de los caudalímetros magnéticos originales (Fig. 76). Los tubos de medición fueron extraídos, las cubiertas y las bobinas de los caudalímetros electromagnéticos retiradas y se cambió el revestimiento original por uno de goma blanda. Bastaron tres días de trabajo para completar la operación.

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 8 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo a mi email.

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