Notas Técnicas

Diagnósticos en Caudalímetros Ultrasónicos Externos - FLEXIM

FLEXIM es una de las empresas más reconocidas por el desarrollo de caudalímetros ultrasónicos con transductores externos tipo “clamp-on” desde hace 30 años.  Con esta tecnología, es posible medir el caudal de un fluido sin interrumpir el proceso ya que los transductores utilizados para realizar la medición se instalan sobre la pared externa de la cañería, sin contacto con el mismo. Dentro de su línea de productos, FLEXIM ofrece caudalímetros fijos y portátiles que pueden ser utilizados en la medición de caudales de líquidos, gases y vapor, en todo tipo de aplicaciones.

Principio de funcionamiento

Los caudalímetros ultrasónicos FLEXIM utilizan una tecnología de doble procesamiento en paralelo, con un procesador DSP dedicado exclusivamente al análisis de la señal ultrasónica, lo que asegura mediciones confiables aun en condiciones extremas. 

Si bien pueden utilizar diferentes métodos de medición de acuerdo con las características del proceso, en general la medición de la velocidad del fluido se realiza a través del método de Tiempo de tránsito.

Medición por Tiempo de tránsito

Para aplicar este principio de medición, el caudalímetro ultrasónico mide el tiempo que tarda una señal ultrasónica inyectada en el fluido, viajando a favor (aguas abajo) y en contra del caudal (aguas arriba).  Así como un nadador cruza un río más rápido cuando nada a favor de la corriente que cuando nada en contra, el tiempo de tránsito de la señal viajando aguas abajo será menor que el tiempo de la señal yendo aguas arriba.  La diferencia entre estos dos tiempos es proporcional a la velocidad del fluido.

Este es el método más utilizado, ya que puede emplearse tanto en la medición de fluidos limpios como en líquidos con bajo contenido de partículas, y además ofrece una exactitud mucho mayor a la que se obtiene por efecto Doppler.

Diagnósticos disponibles

Una ventaja importante que ofrecen los caudalímetros ultrasónicos es que disponen de una gran variedad de valores de diagnóstico, que no solo nos pueden dar información sobre su propia performance, sino además advertirnos sobre condiciones cambiantes en el proceso.

Es por esto que un caudalímetro ultrasónico, es mucho más que un dispositivo que nos indica el caudal, sino también un analizador de las condiciones del proceso. Dentro de los valores diagnósticos que están disponibles en un caudalímetro FLEXIM, se pueden mencionar los siguientes:

Velocidad del sonido

Es la velocidad a la que el sonido viaja a través de un medio determinado, y depende de las propiedades mecánicas del fluido o del material de la tubería. Todos los líquidos tienen velocidades de sonido conocidas que varían según las condiciones del proceso. El agua por ejemplo tiene una velocidad de sonido entre 1.400 y 1.555 m/s para una temperatura entre 0°C y 93°C.

Para otros líquidos, el caudalímetro FLEXIM contiene una base de datos de velocidades de sonido, que le permite estimar el valor de acuerdo con la temperatura de trabajo ingresada por el operador o medida en tiempo real por un sensor conectado a la unidad electrónica.

En el caso de los gases, la velocidad del sonido dependerá de su composición, la presión y la temperatura.

Una variación de la velocidad del sonido podría indicar un cambio en las características del fluido (por ejemplo, en su concentración), o bien la presencia de incrustaciones en la pared interna de la tubería que modifican el recorrido de la señal ultrasónica.

Intensidad de la señal

La intensidad de la señal ultrasónica define qué tan bien se transmite y recibe a través de la pared de la tubería y del fluido. El caudalímetro FLEXIM muestra la intensidad de la señal como un porcentaje entre 0 y 100%. Otra manera de ver la intensidad de la señal es a través del análisis de la Ganancia, que debe ser lo más baja posible ya que indica qué ganancia debe usar el circuito que procesa la señal. En este caso, cuanto menor sea el valor de Ganancia, mejores son las condiciones de operación.

Calidad de la señal

El caudalímetro produce un indicador de calidad de la señal que es muy útil para establecer la confianza en la medición basada en el análisis de los medidores de la calidad de la señal del transductor. Un transductor mal montado, un cableado incorrecto o una condición de aplicación como una tubería con muchas incrustaciones mostrarían una calidad de señal más baja.

SCNR

Es la relación entre el ruido correlacionado y la señal con la que se miden los tiempos de tránsito.

El ruido correlacionado está originado por la propia señal ultrasónica generada por los transductores y que queda en la pared de la tubería. Para mejorar este valor es habitual utilizar alguna forma de atenuación de ese ruido de fondo, aplicando una lámina de un material absorbente o una pintura sobre la pared externa de la tubería, especialmente en mediciones de gas o vapor.

SNR

Es la relación entre la señal y el ruido aleatorio. Este ruido aleatorio puede evidenciar un problema en la fuente de alimentación o en el cableado de los transductores.

VariAmp

Indica la variación en la amplitud de la señal, que puede estar causada por la presencia de burbujas o partículas en una medición de líquido, o presencia de humedad en una medición de gas.

VariTime

Indica la variación del tiempo de tránsito de la señal, y evidencia una alta turbulencia.

Acceso a la información

Así como es importante que el operador de la planta pueda tener acceso a todos los valores de la medición, incluyendo los diagnósticos, directamente en el display local del caudalímetro, también es clave que la información de diagnóstico pueda ser accedida en tiempo real desde el sistema de control de la planta, ya que un seguimiento de algunos valores en particular podría detectar un problema de funcionamiento o cambio en el proceso en forma temprana.

Para esto, las electrónicas de los caudalímetros ultrasónicos FLEXIM pueden estar equipadas con puertos de comunicación HART (sobre una salida de 4-20mA), MODBUS/RTU, MODBUS/TCP, FOUNDATION Fieldbus, Profibus, etc.

Aprovechando cualquiera de estos protocolos se podrá acceder a las mediciones y los diagnósticos para hacer el seguimiento y análisis correspondiente.

Las unidades electrónicas de los caudalímetros FLEXIM también pueden estar dotadas de salidas discretas programables para señalizar condiciones particulares, como por ejemplo tubería vacía, SCNR por debajo de un determinado valor, Ganancia por encima de un límite establecido, velocidad del sonido fuera de un rango de trabajo normal, etc.

Herramientas para mantenimiento predictivo

La funcionalidad AMV (Advanced Meter Verification) disponible en los caudalímetros FLEXIM facilita las tareas de mantenimiento predictivo, utilizando información que se guarda automáticamente en la memoria del equipo.

Durante el mantenimiento predictivo, el algoritmo del AMV lee los datos de diagnóstico (amplitud, SNR, SCNR, etc.) y los compara con un estado de referencia inicial almacenado en el propio caudalímetro.

Si la calidad de la medición se deteriora, esto se indica claramente en el informe de verificación.

El análisis de tendencias permite la planificación predictiva del trabajo de mantenimiento ya que el reporte recomienda cuándo realizar la próxima verificación. Por lo tanto, se pueden evitar fallos inesperados en el caudalímetro que podrían afectar el funcionamiento del proceso.

La validación de medición in situ fácil y conveniente minimiza el esfuerzo de calibración y mantenimiento. No requiere interrupción de la medición y no interfiere con la operación del proceso. AMV es de uso intuitivo y puede ser realizado por el usuario o por los técnicos de servicio de ESCO ARGENTINA S.A.

En la segunda parte de esta nota veremos algunos casos concretos del uso de la información de diagnóstico, y las ventajas de la tecnología de medición por ultrasonido sobre otros caudalímetros.

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