Medidor de caudal másico
Este artículo necesita citas adicionales para su verificación . ( julio de 2017 ) |
Un medidor de flujo másico , también conocido como medidor de flujo inercial , es un dispositivo que mide el caudal másico de un fluido que circula por un tubo. El caudal másico es la masa del fluido que pasa por un punto fijo por unidad de tiempo.
El medidor de flujo másico no mide el volumen por unidad de tiempo (por ejemplo, metros cúbicos por segundo) que pasa a través del dispositivo; mide la masa por unidad de tiempo (por ejemplo, kilogramos por segundo) que fluye a través del dispositivo. El caudal volumétrico es el caudal másico dividido por la densidad del fluido . Si la densidad es constante, entonces la relación es simple. Si el fluido tiene una densidad variable, entonces la relación no es simple. Por ejemplo, la densidad del fluido puede cambiar con la temperatura, la presión o la composición. El fluido también puede ser una combinación de fases, como un fluido con burbujas arrastradas. La densidad real se puede determinar debido a la dependencia de la velocidad del sonido en la concentración de líquido controlada. [1]
Principio de funcionamiento de un caudalímetro Coriolis
El medidor de caudal Coriolis se basa en la fuerza de Coriolis , que dobla los objetos giratorios en función de su velocidad.
Existen dos configuraciones básicas de caudalímetro Coriolis: el caudalímetro de tubo curvo y el caudalímetro de tubo recto . En este artículo se analiza el diseño de tubo curvo.
Las animaciones de la derecha no representan un diseño de caudalímetro Coriolis existente. El objetivo de las animaciones es ilustrar el principio de funcionamiento y mostrar la conexión con la rotación.
El fluido se bombea a través del medidor de flujo másico. Cuando hay flujo másico, el tubo se tuerce ligeramente. El brazo a través del cual fluye el fluido alejándose del eje de rotación debe ejercer una fuerza sobre el fluido, para aumentar su momento angular , por lo que se dobla hacia atrás. El brazo a través del cual se empuja el fluido de regreso al eje de rotación debe ejercer una fuerza sobre el fluido para disminuir nuevamente el momento angular del fluido, por lo tanto, ese brazo se doblará hacia adelante. En otras palabras, el brazo de entrada (que contiene un flujo dirigido hacia afuera) se retrasa con respecto a la rotación general, la parte que en reposo es paralela al eje ahora está sesgada y el brazo de salida (que contiene un flujo dirigido hacia adentro) lidera la rotación general.
La animación de la derecha representa el diseño de los medidores de caudal másico de tubo curvo. El fluido pasa por dos tubos paralelos. Un actuador (no mostrado) induce contravibraciones iguales en las secciones paralelas al eje, para que el dispositivo de medición sea menos sensible a las vibraciones externas. La frecuencia real de la vibración depende del tamaño del medidor de caudal másico y varía de 80 a 1000 Hz. La amplitud de la vibración es demasiado pequeña para ser vista, pero se puede sentir al tacto.
Cuando no fluye ningún fluido, el movimiento de los dos tubos es simétrico, como se muestra en la animación de la izquierda. La animación de la derecha ilustra lo que sucede durante el flujo de masa: cierta torsión de los tubos. El brazo que aleja el flujo del eje de rotación debe ejercer una fuerza sobre el fluido para acelerar la masa que fluye hasta la velocidad de vibración de los tubos en el exterior (aumento del momento angular absoluto), por lo que se queda atrás de la vibración general. El brazo a través del cual se empuja el fluido hacia el eje de movimiento debe ejercer una fuerza sobre el fluido para disminuir nuevamente la velocidad angular absoluta del fluido (momento angular), por lo que ese brazo lidera la vibración general.
El brazo de entrada y el brazo de salida vibran con la misma frecuencia que la vibración general, pero cuando hay flujo de masa, las dos vibraciones están desincronizadas: el brazo de entrada está detrás, el brazo de salida está delante. Las dos vibraciones están desfasadas entre sí, y el grado de desfase es una medida de la cantidad de masa que fluye a través de los tubos y la línea.
Mediciones de densidad y volumen
El caudal másico de un medidor de caudal Coriolis en forma de U se expresa como:
donde K u es la rigidez del tubo que depende de la temperatura, K es un factor que depende de la forma, d es el ancho, τ es el retardo temporal, ω es la frecuencia de vibración e I u es la inercia del tubo. Como la inercia del tubo depende de su contenido, se necesita conocer la densidad del fluido para calcular un caudal másico preciso.
Si la densidad cambia con demasiada frecuencia como para que la calibración manual sea suficiente, el caudalímetro Coriolis se puede adaptar para medir también la densidad. La frecuencia de vibración natural de los tubos de caudal depende de la masa combinada del tubo y del fluido que contiene. Al poner el tubo en movimiento y medir la frecuencia natural, se puede deducir la masa del fluido contenido en el tubo. Dividiendo la masa por el volumen conocido del tubo obtenemos la densidad del fluido.
Una medición de densidad instantánea permite el cálculo del flujo en volumen por tiempo dividiendo el flujo másico por la densidad.
Calibración
Tanto las mediciones de caudal másico como las de densidad dependen de la vibración del tubo. La calibración se ve afectada por los cambios en la rigidez de los tubos de caudal.
Los cambios de temperatura y presión provocarán cambios en la rigidez del tubo, pero estos pueden compensarse mediante factores de compensación de presión y temperatura cero y de tramo.
Los efectos adicionales sobre la rigidez de los tubos provocarán cambios en el factor de calibración con el tiempo debido a la degradación de los tubos de caudal. Estos efectos incluyen picaduras, grietas, recubrimientos, erosión o corrosión. No es posible compensar estos cambios de forma dinámica, pero se pueden realizar esfuerzos para controlar los efectos mediante la calibración regular del medidor o controles de verificación. Si se considera que se ha producido un cambio, pero se considera aceptable, se puede añadir la compensación al factor de calibración existente para garantizar una medición precisa continua.
Véase también
Referencias
- ^ Naumchik IV; Kinzhagulov I.Yu.; Kren А.P.; Stepanova К.А. (2015). "Medidor de caudal másico para líquidos". Revista científica y técnica de tecnologías de la información, mecánica y óptica . 15 (5): 900–906. doi : 10.17586/2226-1494-2015-15-5-900-906 .
Enlaces externos
- Diapositivas de una conferencia sobre medición de caudal, Universidad de Minnesota
