Medidores de Flujo Tipo Coriolis Diseño Recto

12 septiembre, 2023

Antes de entrar en la tecnología de medición de flujo por Coriolis nos realizaremos las siguientes preguntas:

¿Por qué medir flujo?

¿Qué es un medidor de flujo?

¿Cómo elegir medidores de flujo?

¿Cuáles son las maneras de medir flujo?

Aquí responderemos a esas preguntas:

¿Por qué medir flujo? El principal motivo es el ahorro de recursos si lo tomamos desde un punto de vista monetario, los medidores de flujo tienen la capacidad de suministrar y racionar los recursos de acuerdo con las necesidades de cada industria (petróleo; química; alimenticia; Agua), evitando de esta manera que exista un sobreconsumo, desabasto o sobre suministro de estos recursos.
¿Qué es un medidor de flujo? Los medidores de flujo son importantes en diversas aplicaciones en la industria ya que la exactitud que brindan a los procesos que involucran gases o líquidos permiten que no se desperdicie la materia prima y se puede llegar a una mejor calidad del producto final.
¿Cómo elegir medidores de flujo? Básicamente debemos tener en cuenta el tipo de fluido a medir estado físico del fluido liquido o gas, tamaño del medidor con una estimación de flujo, presión y temperatura, en adición a la necesidad requerida por el usuario como eficiencia en la indicación, para uso de transferencia de custodia, integridad del producto, seguridad y tipo de proceso.
¿Cuáles son las maneras de medir flujo? Básicamente, existen dos formas de medir flujo: el caudal y flujo total. El caudal es la cantidad de fluido que pasa por un punto determinado en cualquier momento dado. El flujo total es la cantidad de fluido que pasa por un punto determinado durante un periodo de tiempo específico. De aquí se determinan las diferentes tecnologías de medición de flujo, a continuación, nombro las más importantes y comunes usadas en la industria de automatización de procesos y los cuales se especializa Schneider Electric.

Másicos
Volumétricos
Presión Diferencial

Ahora nos enfocaremos en los medidores de flujo tipo Másico

Un medidor de flujo tipo Coriolis utiliza un par de tubos como sensor, aplican la segunda ley de movimiento de Newton para determinar el rango de flujo. Una bobina de impulso electromagnética se encuentra en el centro del tubo que logra que el tubo vibre como un diapasón. (Ver Figura 1)

Figura 1

1 tubos de medición

2 bobina Electromagnética

3 sensor 1

4 sensor 2

Cuando el fluido se mueve a través de los tubos del sensor se realiza un impulso horizontal de los tubos con vibración, cuando el tubo se mueve durante la primera mitad del ciclo de vibración, el fluido fluye hacia el tubo del sensor el cual se resiste a moverse hacia arriba y empuja el tubo hacia abajo. El fluido tiene el impulso hacia arriba a medida que viaja por los tubos el fluido se resiste a tener su movimiento horizontal. Las fuerzas opuestas del fluido y los tubos por la vibración natural hacen que los tubos se tuerzan y esa torsión se conoce como efecto Coriolis. Segunda ley de movimiento de Newton, el ángulo de la torsión es directamente proporcional al caudal masico del fluido que fluye a través del tuvo.

En la figura 2 observamos cómo se comporta el medidor de flujo Coriolis cuando no tiene flujo se observa como los tubos sensores son simétricos no hay movimientos únicamente la vibración natural que se produce por la bobina electromagnética de acuerdo con la figura 1.

En la figura 3 observamos cómo se comporta el medidor de flujo Coriolis cuando hay presencia de flujo se observa como los tubos sensores tienen movimiento de torsión oponiendo resistencia al paso de fluido en direcciones opuestas efectuando el efecto Coriolis y si la representamos en forma de senoidal se obtiene la figura 4.

Figura 3 Medidor de flujo Coriolis con presencia de fluido

Figura 4 Efecto Coriolis con presencia de fluido en los tubos

Pero el medidor de flujo tipo Coriolis no solo es un medidor de flujo, también es un medidor de densidad. Durante la medición de flujo los tubos sensores llegan su propia frecuencia de resonancia este par de tubos masicos más el fluido masico determinan la densidad del fluido. En la figura 5 observamos la onda cómo se comporta la onda senoidal a diferentes densidades algo parecido a un resorte cuando está cargando masa pesada y masa ligera.

Figura 5 Medición de densidad en un medidor de flujo Coriolis.

Exactitud

Los medidores de flujo tipo Coriolis proporcionan una medición extraordinariamente precisa mediciones que son independientes de las propiedades del fluido como temperatura, presión, viscosidad y contenido de solidos que elimina la necesidad de compensación de presión y temperatura. Su alta precisión hace que los medidores Coriolis sean populares en muchas aplicaciones que requieren un control estricto, como productos químicos procesos y manejo de fluido preciosos o costosos. Una vez que los medidores Coriolis están calibrados en fabrica pueden usarse en una variedad de servicios sin recalibración una de las principales limitaciones de los medidores Coriolis es una inherente susceptibilidad al ruido del sistema, tanto hidráulico como mecánico. Debido a que los sensores miden la vibración de los tubos, cualquier otra influencia que haga que los tubos vibren puede introducir error a la instalación, Schneider ayuda a minimizar estos problemas por medio de filtros.

Compatibilidad

Los medidores Coriolis están disponibles en tamaños de tubería de hasta 16 pulgadas. Los medidores Coriolis se pueden utilizar con fluidos estériles o difíciles y virtualmente cualquier líquido o gas que fluya con suficiente caudal másico para operar el medidor. La densidad de los gases de baja presión suele ser demasiado bajos para operar con precisión. Los medidores Coriolis no tienen limitaciones en el número de Reynolds. Un dispositivo proporciona múltiples variables de proceso, tales como densidad, masa y flujo volumétrico real.

Costos de Mantenimiento

Los medidores Coriolis requieren un funcionamiento con cuatro cables y tienen un alto costo inicial. Son un medidor de bajo mantenimiento y no requieren tubería recta antes y después del medidor.

Ventajas que presenta un medidor de flujo Masico tipo Coriolis Schneider Electric serie CFS

Doble o Cuádruple tubo recto (Figura 6)
Material Duplex y Super Duplex
Tamaños 4, 6 10 , 12 y 16 pulgadas
Exactitud +/- 0.10% de la lectura – Calibración superior +/- 0.05%
Presión Max 180 bar (2610 psi)
Temp Max 130°C (266°F)
Sensor Integrado tipo Gauge para efectos de presión (Figura 7)
Áreas Peligrosas – Transferencia Custodia
Tubo Recto diseñado para proveer instalación compacta (figura 8)
Instalación en la misma sección de la tubería – Forma parte de la tubería no mas instalaciones complejas donde se requiere grandes espacios (Figura 9)
NO requiere soportes adicionales o trabajos sobre tierra

Figura 6 doble o cuádruple tubo recto que permite mayor capacidad de medición de flujo

Figura 7 Sensor tipo Strain Gauge montado circunferencialmente sobre el tubo para compensar EFECTOS de presión

Figura 8 Tubo recto para proveer instalación compacta

Figura 9 Instalación en la misma sección de la tubería – Forma parte de la tubería no más instalaciones complejas donde se requiere grandes espacios y habilitar fosas para alojar grandes compartimentos que alojan los tubos sensores.

Transmisor de flujo tipo Coriolis

Adicional al elemento sensor es requerido una electrónica / transmisor de flujo quien realizara la función de indicador totalizador de las variables medidas del sensor, así como enviar en forma de protocolo HART, Foundation Fieldbus o Modbus estas variables al Host principal y tomar acciones recomiendas por el operador de acuerdo con la medición del dispositivo.

Estas son algunas características básicas y avanzadas del transmisor tipo Coriolis CFT34A de Schneider Electric

Uno Solo Transmisor compatible con todos los tubos Coriolis, CFS400A, CFS600A y CFS700A
4 cables
Integral/Campo 20 m
Fácil de usar Menú Programable en 5 idiomas (Español)
Pusbuttons o infrarrojos para configuración
LCD Retroiluminado
Despliega Rango de Flujo/totalizado en masa/Volumen/, Velocidad/Temperatura/2 fases de flujo/Sensor/Datos de Bobina Drive/Horas en Operación/Opcional Concentración
Comunicación: Hart / FF / Modbus RTURS485 / Profibus PA,DP
Concentración brix, °Baume, °Plato, Alcohol, NaOH, Gravedad API
Áreas Peligrosas, Transferencia Custodia, SIL 2/3,
Gas Entrampado (EGC) El transmisor mantiene la operación si hay un Amplio rango de gas y condiciones complejas, no se tiene problemas de reinicio con estas condiciones

Figura 10 Transmisor CFT34A puede ser montado al tubo sensor o en forma remota

Conclusión

Realizar un análisis técnico de la aplicación de medición de flujo es importante de esta manera podemos saber qué tipo de tecnología de medición de flujo pudiéramos emplear y satisfacer la necesidad requerida por el usuario garantizar el desempeño, la exactitud y funcionalidad del dispositivo.

La tecnología Coriolis es sin duda la más empleada en la mayoría de los procesos que requieren seguridad de medición, exactitud y sobre todo en aquella aplicación que se requieren transferencia de custodia.

Importante tener en cuenta el espacio que se tiene en el área de proceso para la instalación de este tipo de medidores Coriolis de esta forma podemos evitar mayores costos de instalación y montaje para el usuario final

Importante considerar los siguientes cuestionamientos: