Revolucionando la medición de caudal: la historia de los caudalímetros ultrasónicos
Revolucionando la medición de caudal: la historia de los caudalímetros ultrasónicos
En la última década, los caudalímetros ultrasónicos han experimentado una notable transformación. Antes eran una tecnología de nicho y ahora son uno de los sistemas de medición de caudal de más rápido crecimiento del mercado.
Los primeros prototipos de esta tecnología se remontan a la década de 1960. Fuji Electric fue la primera en desarrollar caudalímetros ultrasónicos con el lanzamiento de su primer modelo FLH en 1975.
Aunque existen en el mercado desde hace varias décadas, no ha sido hasta hace poco que los caudalímetros ultrasónicos han logrado una aceptación generalizada.
Los caudalímetros ultrasónicos son cada vez más populares por varias razones. Los avances en el procesamiento de señales han permitido mejorar el filtrado del ruido, lo que se traduce en una mayor precisión y eficacia en la medición del caudal.
Las mejoras en la tecnología de procesamiento de señales han dado lugar a una mejor reducción del ruido, aumentando la precisión de las mediciones de caudal. Esta mejora ha contribuido a la creciente popularidad de los caudalímetros ultrasónicos y a su adopción generalizada en diversas industrias.
En comparación con los caudalímetros mecánicos, los ultrasónicos requieren un mantenimiento mínimo y son mucho más fiables. Los proveedores, como Fuji Electric, también han desarrollado productos adaptados a industrias y aplicaciones específicas, incluida la capacidad de medir no sólo líquidos, sino también vapor.
Este desarrollo centrado en el producto ha contribuido a revolucionar la medición de caudal y ha hecho de los caudalímetros ultrasónicos una opción cada vez más popular en muchas industrias y empresas de todo el mundo.
Principios básicos de la medición de caudal por ultrasonidos con pinza
Para comprender plenamente el caudalímetro ultrasónico de pinza, es esencial empezar por los principios subyacentes de los caudalímetros ultrasónicos.
El término "ultrasónico" se refiere a la frecuencia de las ondas sonoras utilizadas por estos dispositivos, que son superiores a 20 kHz y, por tanto, inaudibles para el oído humano.
Los caudalímetros ultrasónicos miden el caudal mediante estas ondas sonoras de alta frecuencia, generadas por transductores que utilizan cristales piezoeléctricos para convertir las señales eléctricas en señales sonoras.
Existen dos categorías principales de caudalímetros ultrasónicos: caudalímetros en línea y caudalímetros de pinza no intrusivos.
La distinción radica en la forma en que se transmiten, reciben y procesan las señales de ondas sonoras para medir el rendimiento.
Los caudalímetros en línea incorporan transductores en contacto directo con el fluido del proceso, normalmente montados en una bobina prefabricada de longitud estándar para garantizar un ángulo correcto y facilitar la instalación.
Los medidores en línea tienen una historia más larga y tienden a ofrecer una mayor precisión debido a la ausencia de degradación de la señal causada por las paredes de las tuberías, las incrustaciones y las inconsistencias de instalación que se encuentran en los medidores de pinza.
En consecuencia, los caudalímetros ultrasónicos en línea suelen ser la opción preferida para las aplicaciones transaccionales. La transferencia transaccional, también conocida como medición fiscal, implica aplicaciones de medición de caudal en las que la propiedad del fluido medido se transfiere de una parte a otra (facturación).
Aunque estas aplicaciones representan sólo una pequeña proporción de todos los escenarios de medición de caudal por ultrasonidos, desempeñan un papel crucial.
A diferencia de los contadores en línea, los contadores de pinza no intrusivos se fijan al exterior de la tubería, sin entrar en contacto directo con el fluido del proceso.
Estos caudalímetros ultrasónicos de pinza han experimentado considerables avances tecnológicos, lo que los convierte en los de mayor crecimiento de los dos tipos de medidores. Además, los caudalímetros ultrasónicos ofrecen una serie de ventajas únicas que contribuyen a su creciente popularidad.
Exploración de los distintos tipos de caudalímetros ultrasónicos de pinza
Aunque todos los caudalímetros ultrasónicos utilizan señales de ondas sonoras, no funcionan de la misma manera.
Tiempo de tránsito frente a caudalímetro ultrasónico Doppler
Existen dos tipos principales de caudalímetros ultrasónicos de pinza: los caudalímetros de tiempo de tránsito y los caudalímetros Doppler, que se diferencian por la forma en que transmiten, reciben y procesan las señales de ondas sonoras.
Los caudalímetros de tiempo de tránsito utilizan un par de transductores que actúan como transmisores y receptores de señales de ondas sonoras. La velocidad de las ondas sonoras en un fluido es más rápida a medida que se desplazan aguas abajo y más lenta a medida que se desplazan aguas arriba.
Midiendo la diferencia de tiempo entre estas situaciones, el contador puede calcular la velocidad del fluido y, posteriormente, el caudal volumétrico. Si se combina con la densidad conocida del fluido, también se puede determinar el caudal másico.
Los caudalímetros ultrasónicos de tiempo de tránsito son más versátiles, capaces de medir líquidos y vapor, pero generalmente sólo funcionan con un tipo de fluido a la vez. Requieren líquidos con un mínimo de partículas sólidas o burbujas arrastradas para evitar interferencias con la señal de las ondas sonoras.
En cambio, los caudalímetros Doppler miden el desplazamiento de frecuencia de la señal acústica, que es proporcional a la velocidad del fluido.
Estos caudalímetros se basan en la presencia de partículas sólidas o burbujas de aire en la corriente de flujo para desviar las señales de las ondas sonoras hacia el caudalímetro.
Como resultado, los medidores Doppler están limitados a líquidos que contienen partículas sólidas o burbujas de aire, como líquidos sucios o aireados y lodos.
Caudalímetro ultrasónico de energía térmica
Los contadores de energía térmica, también conocidos como contadores de BTU, miden la energía de los sistemas hidrónicos de calefacción y refrigeración mediante sensores de caudal volumétrico, sensores de temperatura y un calculador de caudal. Con la creciente importancia de las normativas medioambientales y los incentivos financieros, la medición de la energía térmica es cada vez más crucial para optimizar los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado en los sistemas de energía urbana y las instalaciones comerciales.
Los contadores de energía térmica por ultrasonidos con pinza son ideales para adaptar sistemas antiguos, ya que eliminan la necesidad de realizar costosas y lentas modificaciones en las tuberías.
Para que los medidores ultrasónicos del tiempo de tránsito de líquidos funcionen con precisión, es esencial que el líquido contenga un mínimo de partículas sólidas o burbujas de aire arrastradas. Éstas pueden interferir con la señal de las ondas sonoras y comprometer la precisión de la medición.
La versatilidad de los caudalímetros portátiles
Hasta ahora, nos habíamos centrado en los caudalímetros de montaje fijo con abrazadera, que se instalan en un único lugar, a menudo con la caja electrónica montada en una pared o tubería.
Sin embargo, el diseño del transductor de pinza se presta excepcionalmente bien a las soluciones portátiles de medición de caudal. Combinando transductores de pinza con componentes electrónicos portátiles, es posible desarrollar caudalímetros ultrasónicos portátiles.
Estos dispositivos portátiles suelen estar equipados con electrónica portátil, transductores, fijaciones y todos los accesorios necesarios en un maletín de transporte compacto.
Los caudalímetros portátiles ofrecen aplicaciones únicas que los caudalímetros de montaje fijo no pueden ofrecer, como comprobaciones puntuales, verificación de la precisión de otros caudalímetros y sustitución temporal de caudalímetros de montaje fijo.
La medición puntual consiste en realizar mediciones temporales del caudal en ausencia de un contador fijo, a menudo como parte de estudios de caudal en toda la red. Estos estudios ayudan a los usuarios a comprender los caudales en todo el sistema, establecer caudales de referencia e identificar fugas u obstrucciones.
Los medidores portátiles también pueden utilizarse para comprobar la precisión de otro caudalímetro, sobre todo si muestra lecturas inusuales o erráticas. Esto puede ayudar a determinar si el problema está en el proceso o en el propio caudalímetro.
En algunos casos, las plantas de tratamiento requieren la calibración periódica de su instrumentación, lo que puede implicar la retirada de un caudalímetro para su calibración en una instalación acreditada. Durante este periodo, se puede utilizar un caudalímetro portátil como sustituto temporal hasta que se vuelva a instalar el caudalímetro fijo.
El caudalímetro portátil de Fuji Electric ofrece varias opciones de salida de señal, como la salida analógica, lo que permite una integración perfecta con los sistemas de control.
Mediante el uso de caudalímetros ultrasónicos fijos y portátiles no intrusivos, los operarios pueden maximizar la visibilidad del proceso al tiempo que minimizan los costes de los equipos.
Una estrategia habitual es utilizar medidores fijos para mediciones críticas y medidores portátiles para mediciones temporales, con el fin de cubrir todos los posibles puntos ciegos. Además, Fuji Electric ofrece programas de alquiler de caudalímetros ultrasónicos portátiles para necesidades temporales.
Muchos profesionales del sector utilizan una combinación de caudalímetros de pinza ultrasónicos fijos y portátiles para optimizar el control de los procesos y mantener la rentabilidad de la inversión.
Caudalímetro de vapor no invasivo: el futuro ya está aquí
En los últimos tiempos, los avances en la visualización de la electricidad para conseguir ahorros energéticos han desempeñado un papel crucial en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Sin embargo, los esfuerzos por ahorrar energía en el uso del vapor se han quedado rezagados debido a las dificultades para visualizar las pérdidas de vapor.
Para resolver este problema, era necesario disponer de un caudalímetro ultrasónico de pinza para vapor que pudieraidentificar las pérdidas de vapor sin cortar las tuberías.
Aunque los caudalímetros de pinza se han utilizado para medir líquidos, ha sido difícil desarrollar productos para el vapor debido a su coeficiente de transmisión ultrasónica extremadamente bajo desde las tuberías.
Mediante tecnologías de reducción de ruido, el uso de ondas Lamb, también conocidas como ondas ultrasónicas, y el procesamiento avanzado de señales, Fuji Electric ha lanzado con éxito en 2019 el primer caudalímetro del mundo capaz de medir vapor saturado a baja presión.
Gracias a su amplia gama de opciones de comunicación, los caudalímetros de la serie FSJ pueden integrarse fácilmente en los sistemas de automatización de edificios.
Ventajas e inconvenientes de la medición de caudal por ultrasonidos con pinza
Aunque la tecnología de caudalímetros ultrasónicos con pinza ofrece muchas ventajas, es esencial considerar la aplicación para determinar si es adecuada.
Como ocurre con cualquier tecnología de medición de caudal, los caudalímetros ultrasónicos de pinza presentan un conjunto único de ventajas e inconvenientes.
Las principales ventajas de la medición de caudal por ultrasonidos con pinza son las siguientes:
Instalación no intrusiva que no requiere ninguna modificación de las tuberías.
Sin piezas móviles, lo que elimina la necesidad de mantenimiento.
No hay piezas en contacto con el producto, lo que evita problemas de compatibilidad química.
Sin deriva de medición, lo que elimina la necesidad de recalibración.
Pérdida de presión cero.
Coeficiente de reducción relativamente alto.
Capaz de medir líquidos, gases y vapor (modelos de tiempo de tránsito).
Medición bidireccional del caudal, proporcionando datos aguas arriba y aguas abajo.
Fácil de instalar, desmontar y transportar a diferentes lugares (modelos portátiles).
Aplicable a diferentes tamaños de tuberías, materiales y fluidos de proceso con un solo medidor.
Medida de la energía (BTU) suministrada por los modelos de energía térmica.
Las principales desventajas de la medición ultrasónica del caudal con una pinza son las siguientes:
Impacto negativo en la precisión de la medición debido a incrustaciones, depósitos y ensuciamiento de las tuberías.
Menor precisión que los caudalímetros ultrasónicos en línea y algunas otras tecnologías de medición de caudal.
Imposibilidad de utilizar líquidos que contengan partículas sólidas o aire arrastrado (modelos de tiempo de tránsito).
Aplicabilidad limitada a líquidos que contengan partículas sólidas o aire arrastrado (modelos Doppler).
Posibles problemas con tuberías con revestimientos externos o revestimientos internos.
Las tuberías necesitan estar llenas de líquido para funcionar correctamente.
Los tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo deben estar libres de obstáculos para un funcionamiento óptimo.
Aprovechar las ventajas de los caudalímetros ultrasónicos de pinza
La adopción de la medición de caudal por ultrasonidos con pinza está destinada a expandirse, ya que las ventajas superan a las limitaciones para una gama cada vez mayor de aplicaciones de medición de caudal. Aunque esta tecnología está actualmente muy extendida en determinadas industrias, está llamada a expandirse a otros sectores.
Los caudalímetros ultrasónicos de pinza ofrecen muchas ventajas a los operadores de procesos que buscan medir el caudal de líquidos y vapores en una amplia variedad de tamaños y materiales de tuberías.
La instalación no invasiva elimina la necesidad de realizar costosas modificaciones en las tuberías o un mantenimiento periódico, al tiempo que proporciona lecturas precisas sin desviación de las mediciones con el paso del tiempo.
Además, los caudalímetros ultrasónicos portátiles de pinza ofrecen aplicaciones únicas que los caudalímetros de montaje fijo no pueden ofrecer, como la inspección in situ y la comprobación de la precisión de otro caudalímetro.
Gracias a su versatilidad y ahorro de costes, es fácil entender por qué muchos profesionales de la industria utilizan tanto caudalímetros ultrasónicos de montaje fijo como caudalímetros ultrasónicos portátiles de pinza para optimizar sus procesos.
Cuando se trata deoptimizar la visibilidad del proceso y reducir costes, los caudalímetros ultrasónicos de pinza ofrecen un conjunto único de ventajas.
Con una instalación no intrusiva que no requiere modificaciones en las tuberías ni mantenimiento, estos dispositivos son muy versátiles en aplicaciones como sistemas de energía urbana, plantas industriales, fabricación de productos farmacéuticos, plantas de tratamiento de aguas, operaciones de petróleo y gas, procesamiento de alimentos, producción química, sistemas de climatización y comprobaciones puntuales para estudios de caudal.
Es probable que los modelos de caudalímetros portátiles sean el punto de entrada para muchos usuarios, dada la falta de otras opciones de medición de caudal portátiles comercialmente viables.
En última instancia, la selección de cualquier instrumento de proceso, incluidos los caudalímetros, depende de los requisitos específicos de la aplicación y de la determinación de la tecnología más adecuada para satisfacer esas necesidades.
No se pierda las extraordinarias ventajas de los caudalímetros ultrasónicos Fuji Electric para sus aplicaciones industriales.
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