Caudal - Flujo: Medidores másicos

27 Septiembre 2009

 

Los medidores másicos están diseñados para medir directamente el caudal de flui­do en unidades de masa, tal como kg/h, en lugar de medir el caudal en volumen, como m3/h. Fundamentalmente son de dos tipos:

 

Medidores de volumen con corrección automática de densidad incorporada.

Medidores de masa directamente.


Algunos medidores han sido adaptados con sistemas que convierten el volumen en masa en función de presión y temperatura, de forma que dan como resultado final el caudal en unidades de masa. Ejemplos de este tipo lo forman los conjuntos de placa de orificio con medida de presión y temperatura incorporadas en el propio conjunto.


Otros medidores obtienen directamente el caudal en masa. Entre ellos se encuen­tran los del tipo momento angular como el que muestra la Figura abajo. Constan de dos rotores introducidos en el paso de fluido. El primero de los rotores se hace girar a velocidad constante para imprimir una velocidad angular al fluido, mientras que el segundo permanece fijo. Esto hace que se produzca un par de torsión en el segundo rotor proporcional al caudal en masa.



Otro tipo de medidores directos de flujo másico lo constituyen los basados en el efecto Coriolis, Según este efecto, un objeto que se mueve en un sistema de coordena­das que rota con una velocidad angular experimenta una fuerza Coriolis proporcional a la masa y velocidad del fluido, así como a la velocidad angular del sistema.

 

La segunda ley de Newton establece que la fuerza «F» que actúa sobre un objeto de masa «m» con aceleración «a» es: F = m*a. Esta ley se modifica cuando se trata de objetos situados dentro de un sistema acelerado que gira con velocidad angular «w», por lo que el mismo objeto de masa «m», cuya velocidad lineal es «v», se encuentra sometido a la siguiente aceleración de Coriolis: acor = 2*v*w. Como conse­cuencia, la fuerza de Coriolis debida a la aceleración anterior será:

Fcor=m*2*v*w

La Tierra constituye un sistema de coordenadas en rotación. Si, por ejemplo, un objeto se deja caer desde una gran altura, al tocar la Tierra se habrá desviado de la vertical. Si el mismo objeto fuera obligado a caer por el interior de un tubo vertical, el efecto de desplazamiento lateral haría que el objeto ejerciera una cierta fuerza contra la pared del tubo. Si se introdujera por este mismo tubo el líquido procedente de la impulsión de una bomba, la fuerza de Coriolis resultante contra la pared del tubo sería proporcional a la masa de caudal y el momento angular de la tierra.

 

La Figura abajo muestra el principio de funcionamiento de un medidor Micro Motion de la firma Rosemount, formado por un tubo alojado dentro de una caja de protección y aislamiento. El tubo vibra a su frecuencia natural o frecuencia de resonancia movido por una bobina o sistema electromagnético que se encuentra situado en el centro de la curva del tubo, tal como aparece en la Figura (A). La vibración es similar a la que produce un diapasón.

Al entrar el fluido en el medidor, se ve forzado a tomar o seguir el momento de la vibración vertical del tubo. Cuando el tubo se está moviendo hacia arriba debido al semiciclo de vibración, el fluido que está entrando al medidor se opone a ser dirigido

 

hacia arriba, empujando al tubo en dirección descendente, como aparece en la Figura (B). Al tener el tubo su momento ascendente así como su máximo recorrido en el centro de la curva, al salir el fluido del medidor empuja al tubo en dirección ascen­dente. Estos dos empujes hacen que el tubo sufra un giro como el que muestra la Figura (C).

 

 

Cuando el tubo se mueve hacia abajo debido a la segunda mitad del ciclo de vibra­ción, se produce un giro en sentido contrario. Estos giros o retorcimientos característi­cos se denominan efecto Coriolis. De acuerdo a la segunda ley de Newton, la cantidad de giro del tubo es directamente proporcional a la masa de fluido que pasa a través del medidor.

 

Unos detectores situados a cada lado del tubo miden la velocidad de la vibración. La masa se determina midiendo la diferencia de tiempo mostrada por los sensores de velocidad. Cuando el caudal es cero no existe ángulo de giro en el tubo, dando como resultado la no existencia de diferencia de tiempo entre los dos sensores de velocidad. Cuando pasa caudal se produce un giro del tubo, el cual hace que exista una diferen­cia de tiempo entre los sensores. La diferencia de tiempo es proporcional al caudal en masa.

 

La tabla siguiente muestra las principales ventajas y limitaciones que tienen estos tipos de medidores de caudal en masa:

 

Ventajas

Limitaciones

Muy buena exactitud.

El conjunto es relativamente caro.

Rango de medida muy amplio, 25 : 1

Pérdida de carga media.

Lectura directa del caudal en unidades de masa sin necesidad de compensación.

Generalmente no es utilizable para gases o vapor.

Costes de mantenimiento reducidos.

Costes de instalación altos.

Salida lineal.

No utilizable en tuberías de gran tamaño.

 

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José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 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 nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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