Notas Técnicas
Diagnósticos en Caudalímetros Ultrasónicos Externos - FLEXIM
En la primera parte de esta nota destacamos la información de diagnóstico que ofrecen los caudalímetros ultrasónicos externos, y mencionaremos a continuación qué usos se le puede dar a dicha información y qué ventajas presentan sobre otras tecnologías de medición de caudal.
Usos prácticos de la información de diagnóstico
Hay muchas formas de aprovechar la información de diagnóstico para tener información adicional sobre el proceso, y facilitar las tareas de operación y mantenimiento, entre las que podemos mencionar las siguientes:
Optimización de procesos de limpieza:
En algunos procesos con fluidos que tienden a adherirse a las tuberías (por ejemplo, los licores en las plantas de celulosa), se utilizan procedimientos de limpieza de las paredes internas haciendo circular un fluido diferente.
Con el caudalímetro ultrasónico no sólo es posible determinar el caudal de cualquiera de los dos fluidos (el principal y el de limpieza), sino también identificar cuál de ellos está circulando o bien determinar cuándo terminó el proceso de limpieza.
Identificación de fluidos para evitar mezclas incompatibles:
En algunas plantas químicas se manejan fluidos cuya mezcla accidental podría generar consecuencias graves para la planta y sus operadores a partir de la liberación de gases tóxicos o la aparición de altas temperaturas en una reacción exotérmica. Para evitar que dichos fluidos terminen en el mismo recipiente pueden implementarse sistemas que detecten qué fluido está circulando, a partir de la medición de la velocidad del sonido.
El analizador ultrasónico PIOX® S502 ID de FLEXIM implementa esta característica y se utiliza como dispositivo de seguridad en plantas químicas.
Caracterización de líquidos (medición de densidad/concentración):
También se puede utilizar la velocidad del sonido, corregida por temperatura, para determinar directamente la concentración del líquido. Nuevamente, esto permitiría detectar qué fluido está circulando o bien la calidad del mismo.
Particularmente la variante FLUXUS® H721 es un modelo orientado a la medición de hidrocarburos, que incorpora algoritmos que permiten calcular la densidad (o el grado API) y el volumen en condiciones estándar, aprovechando el valor de la velocidad del sonido y la temperatura.
Medición de valores adicionales:
Sabiendo que la velocidad del sonido varía con la temperatura, para un líquido de características conocidas es posible determinar esta última conociendo la primera. La línea de caudalímetros para agua FLUXUS® WD (Water Distribution) por ejemplo, implementa un algoritmo que permite que el usuario tenga disponible el valor de la temperatura del agua sin necesidad de instalar un sensor específico para este fin. Esto es particularmente importante ya que un aumento de la temperatura del agua podría llegar a propiciar el crecimiento de bacterias en la red de distribución, y una detección temprana es sumamente útil.
Caracterización de gases:
Es bien sabido que la velocidad del sonido en el gas natural varía con la composición, y que el algoritmo AGA10 permite calcular la velocidad del sonido teórica a partir de la cromatografía, la presión y la temperatura. En los caudalímetros para gas FLUXUS® G se puede utilizar un algoritmo denominado NGE (Natural Gas Engine), que permite calcular características del gas como el factor de compresibilidad y el peso molecular, a partir del valor de la velocidad del sonido medida, la presión y la temperatura.
De esta forma, el caudalímetro aprovecha un parámetro de diagnóstico para conocer las características del gas, incluso en instalaciones que no cuenten con un cromatógrafo en línea. Luego, con el factor de compresibilidad calculado podrá dar una indicación del caudal volumétrico en condiciones estándar de presión y temperatura.
Detección de presencia de burbujas en líquidos:
En algunos procesos la aparición de burbujas (por ejemplo, por la caída de presión en una válvula) puede generar complicaciones, y detectar esta condición en forma prematura puede ser muy valorable. Analizando los valores de parámetros como la ganancia o el VariAmp se puede llegar a detectar la presencia de burbujas o partículas, ya que las mismas afectan la calidad de la señal ultrasónica que está atravesando el fluido.
Detección de eventos de muy corta duración:
La tecnología de procesamiento de la señal ultrasónica utilizada por FLEXIM permite lograr tiempos de respuesta muy cortos (del orden de los milisegundos). Por lo tanto, un caudalímetro ultrasónico será capaz de detectar condiciones pulsantes del flujo que seguramente no podrán ser detectadas con ninguna otra tecnología.
Ventajas sobre otras tecnologías
El aprovechamiento de la información de diagnóstico marca grandes ventajas entre los caudalímetros ultrasónicos y otros dispositivos de uso frecuente en la industria. Esto hace que la tecnología ultrasónica sea la de mayor crecimiento a nivel mundial, y que cada vez haya más mediciones resueltas con este tipo de caudalímetros.
Caudalímetros electromagnéticos:
Esta tecnología de amplia aceptación en las mediciones de líquidos está limitada a la medición de fluidos conductivos. Además, cuando el líquido tiende a sedimentarse o a formar depósitos sobre los electrodos, pueden aparecer en principio lecturas erróneas, oscilantes o con corrimiento, hasta el momento en que el medidor directamente deja de funcionar.
En cambio, un caudalímetro ultrasónico externo como el FLEXIM puede funcionar con cualquier líquido (conductivo o no), y detectar la presencia de sedimentación o incrustaciones en las paredes internas de la tubería a través de cambios en la velocidad del sonido, la ganancia o la SCNR, por ejemplo.
Medidores mecánicos (turbinas, PD meters, etc.):
Si bien estos medidores llevan en forma muy precisa el registro del caudal volumétrico que los atraviesa, no ofrecen ninguna información de diagnóstico que pueda ayudar a detectar cambios en las condiciones de operación. Es más, a menos que estén dotados de dos salidas de pulsos y que el computador o controlador que las lee tenga implementado un mecanismo de chequeo de fidelidad, tampoco se podría asegurar la integridad de la señal generada.
El desgaste de sus mecanismos internos generará errores en la medición, y sólo puede ser detectado a través del seguimiento de sucesivas calibraciones o contrastes a lo largo del tiempo. En caso de que la planta no tenga la posibilidad de realizar estos contrastes periódicamente, el usuario tendrá que someter al caudalímetro a procedimientos de mantenimiento preventivo programados, para detectar en forma temprana una condición de trabajo anormal. Esta estrategia implica mayores costos y menor disponibilidad de la instalación ya que en muchos casos se intervendrán medidores que están aún en buen estado.
Los caudalímetros ultrasónicos no solo pueden lograr muy altos niveles de repetibilidad, sino que también están indicando permanentemente la “salud” de la medición permitiendo implementar estrategias de mantenimiento predictivo. Además, como no poseen partes móviles ni están en contacto con el fluido, son prácticamente libres de mantenimiento.
Placas orificio (y otros elementos primarios):
Es el elemento primario más conocido y empleado en innumerables aplicaciones, tanto para la medición de líquidos, gases y vapor. La medición de caudal se obtiene a partir del valor de la presión diferencial generada, y puede estar afectada por ejemplo por cambios en la densidad del fluido.
A menos que la medición de la presión diferencial esté acompañada de la medición de la presión estática, no hay forma de distinguir una condición de caudal detenido de una de tubería vacía, ya que en ambos casos la presión diferencial sería cero. A muy bajos caudales los errores son muy importantes.
Instalando apropiadamente los transductores, un caudalímetro ultrasónico puede diferenciar perfectamente caudal detenido de tubería vacía. Además, tiene muchísima más sensibilidad a caudales bajos y mejor performance que cualquier elemento primario.
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