Desde 1970 cuando se inventó el caudalímetro de turbina estilo Woltman, los profesionales de la automatización han estado buscando el caudalímetro que trabaje en todas las aplicaciones. Desafortunadamente, hay 12 tecnologías de uso común para medición de caudal por una buena razón. No hay una tecnología que trabaje bien, o incluso aceptablemente en todas las aplicaciones.
Una de las tecnologías basadas en flujo más ampliamente extendida, que trabaja en la mayoría de las aplicaciones, en la mayoría de industrias y con una precisión incluso superior a los caudalímetros de diferencial de presión es el caudalímetro electromagnético. De acuerdo a Jese Yoder de Flow Research, el mercado mundial de caudalímetros o medidores de flujo es aproximadamente de US $4.700 millones, y los caudalímetros magnéticos hacen menos del 20% de ese total. Los medidores magnéticos de flujo son usados verticalmente en muchas industrias: la del agua, la de alcantarillado o aguas residuales, minería, alimenticia, y farmacéutica. Los medidores magnéticos están diseñados para manejar prácticamente todos los químicos y mezclas basadas en agua y están equipados con recubrimientos resistentes a la abrasión y a la corrosión, incluso hay diseños con el sistema de limpieza en el sitio (CIP) para alicaciones sanitarias.
Los caudalímetros magnéticos también ostentan el mas amplio rango de tamaño de todos las tecnologías de caudalímetros ya que pueden escalarse teoréticamente casi infinitamente. El primero uso para esta tecnología fue en las enormes compuestas del Zuieder Zee (o Mar del Sur) en los Países Bajos en los años 50s. Típicamente los vendedores ofrecen un rango de tamaño desde 12mm hasta 1 metro, aunque hay varios fabricantes que ofrecen tamaños extendidos de hasta 3 metros como también más pequeños que 12mm. La razón por la que es posible escalar tanto estos caudalímetros está directamente relacionada con la tecnología de medición que usan
Cómo funciona un caudalímetro magnético?
En 1832, Faraday formuló la ley de la inducción electromagnética que lleva su nombre. Como se usan en un caudalímetro electromagnético, las bobinas se colocan paralelas al flujo del fluido a ángulos rectos de un conjunto de electrodos a los lados del tubo, generando así un campo magnético. Ni el tubo en si mismo, ni el revestimiento deben estar hechos de materiales magnéticos, sino que se usan materiales como plástico, cauchos o Teflón. Cuando el fluido (que debe ser conductivo y estar libre de vacíos) pasa a través de las bobinas, se induce un pequeño voltaje en los electrodos que es proporcional al cambio del campo magnético. Por la ley de Faraday, este cambio es la sima de todos los vectores de velocidad que tienen un efecto en el campo magnético.
Los caudalímetros magnéticos modernos operan sobre el principio de un campo DC switcheado, para que no pueda inducirse ruido de interferencia electromagnética (EMI) o eléctrico del fluido. Los caudalímetros siguen un régimen de apagado del campo magnético midiendo el voltaje que continua induciéndose en los electrodos, luego encienden de nuevo el campo, miden el voltaje y lo restan del voltaje medido cuando estaba apagado. Haciendo esto varias veces por segundo, se reduce el ruido a prácticamente cero.
Lo que esto significa para profesionales de la automatización es que el voltaje inducido en los electrodos es directamente proporcional a la velocidad promedio del fluido dentro del tubo, y es por consiguiente significativamente más preciso que cualquier otro medidor de caudal basado en velocidad que solo “mira” y mide puntualmente o linealmente. De hecho, los caudalímetros magnéticos se consideran por lo general los caudalímetros de amplia aplicación con mayor precisión.
La exactitud de los caudalímetros magnéticos es notable, se acercan incluso a la exactitud y precisión de los caudalímetros de desplazamiento positivo. Se usan frecuentemente para custodia de transferencia (cuando se vende el fluido, se mide el caudal a la salida del proveedor y a la entrada del cliente para detectar posibles fraudes en el transporte) cuando el flujo es relativamente de larga duración. La precisión típica de un caudalímetro magnético es de 0.5% medido en velocidades de 0.1 a 10m por segundo. Algunos fabricantes incluso indican precisiones mayores para algún rango específico de flujo de hasta 0.1%.
Dónde no funcionan los caudalímetros electromagnéticos?
Los caudalímetros magnéticos tienen un campo de aplicación tan amplio que es más fácil decir para que aplicaciones no son buenos que para cuales si lo son.
No trabajan adecuadamente cuando el tubo no está lleno (con excepción de algunas versiones diseñadas específicamente para esta aplicación). Si el tubo no está lleno, va a haber un error significante. Uno de los errores en la aplicación que se cometen con más frecuencia es el usarlos en una línea impulsada por la gravedad o que descarga líquidos a la atmósfera o en algún tanque. Frecuentemente con flujos muy bajos el tubo no está realmente lleno, y el caudalímetro mide erróneamente.
Tampoco trabajaran correctamente cuando el tubo está lleno con aire o gas. Esto cambia el volumen calculado del tubo y cambia el flujo volumétrico que pasa a través del medidor de una manera descontrolada que es proporcional a la cantidad de burbujas en el tubo.
No funcionará cuando el flujo arranque y pare repetidamente, ya que hay un retardo entre el tiempo en el que el flujo arranca y la velocidad correcta medida por el caudalímetro. Esto significa que los caudalímetros magnéticos no funcionan muy bien en operaciones “por lotes” de corta duración (con excepción de algunas unidades que están especialmente diseñadas para ser muy rápidas).
Aplicando los caudalímetros magnéticos
Hay algunas reglas simples al usar los caudalímetros magnéticos, que si se siguen, conducirán a una aplicación exitosa.
Recorrido recto
Los medidores de caudal magnéticos necesitan meno recorrido recto (nada de curvaturas en el tubo) del flujo que la mayoría de caudalímetros, con frecuencia tan poco como 3 veces el diámetro del tubo en el sentido contrario del flujo. No obstante, hay circunstancias en las que la mejor opción es ir tanto en recorrido recto como se pueda. Por ejemplo los flujos en espiral (remolinos en el flujo o vórtices) se pueden propagar por cientos de diámetros tras un doblez en la tubería. Los vórtices provocan mucha inexactitud en las mediciones del caudalímetro, a veces tanto como el 40% del valor medido
Montaje vertical
Una de las formas de asegurarse de que se tiene un perfil de flujo completamente desarrollado desplazándose a través del medidor, es montar el caudalímetro en la dirección vertical. Esto ayuda en casos de flujo con vórtices y también reduce la intrusión de aire.
Dimensionamiento adecuado
Aunque un caudalímetro magnético operara sobre un rango de velocidad de 0.09 a 10 metros por segundo, no es apropiado instalar un caudalímetro magnético que va a operar permanentemente en la parte inferior del rango. En aplicaciones en las cuales hay sólidos esto puede causar la sedimentación de sólidos dentro del tupo y en ocasiones en los electrodos mismos. Si la sedimentación ocurre dentro del tubo sobre el cual se está midiendo el flujo, el volumen calculado es erróneo, y si la sedimentación ocurre en los electrodos, las propiedades aislantes de los sedimentos pueden o reducir el voltaje medido o romper por completo el circuito. Cualquiera de los dos conducirá a lecturas inexactas. Es mejor dimensionar el caudalímetro para un flujo normal de aproximadamente el 60% de la velocidad para el tamaño del tubo, y si es necesario instalar una sección de tubo recta apropiadamente diseñada precediendo el sensor. Afortunadamente para el medidor magnético, esta sección no necesita ser tan larga como para algunas otras tecnologías de medición de caudal.
Aterrizaje adecuado
Hay que recordar que la sección del tubo del caudalímetro magnético necesita ser de un material no conductivo para que el circuito funcione. Sin embargo, la electrónica que procesa el voltaje inducido, es susceptible de interferencia si está flotando sobre el nivel de polo a tierra. Todos los fabricantes de los medidores tienen procedimientos de aterrizaje que no deberían ignorarse, si se hace, todo corre por cuenta y riesgo propio.
Temperatura y presión
Los caudalímetros magnéticos están diseñados para funcionar a temperaturas y presiones moderadas, y no se deben cargar por fuera de las especificaciones, tanto superiores como inferiores. Los caudalímetros magnéticos no se deben usar don de el vació pueda halar el tubo hacia el fluido al no ser que sea específicamente para esta característica. Esto es cierto especialmente cuando el revesitimiento del medidor está hecho de poliuretano presionado o de Teflón, en ellos no solo hay inexactitud en las mediciones, sino que también es potencialmente peligroso. Tanto el Teflón como el poliuretano son los materiales de revestimiento mas comunes, estos no son muy apropiados para presiones altas y se pueden deformar en temperaturas superiores a las recomendadas.
Selección de un caudalímetro magnético
En la página de OMEGA hacen una revisión de los caudalímetros y hacen una serie de preguntas clave que se deben responder a la hora de seleccionar un caudalímetro magnético para alguna aplicación mecatrónica o de automatización, que comparto a continuación
- Is the fluid conductive or water based?
- Is the fluid or slurry abrasive?
- Do you require an integral display or remote display?
- Do you require an analog output?
- What is the minimum and maximum flow rate for the flow meter?
- What is the minimum and maximum process pressure?
- What is the minimum and maximum process temperature?
- Is the fluid chemically compatible with the flow meter wetted parts?
- What is the size of the pipe?
- Is the pipe always full?
Dentro de los tipos de caudalímetros magnéticos que existen hay dos clases principales, los de inserción y los caudalímetros en línea. Los segundos son más precisos que los de inserción, pero también son más sensibles a errores causados por burbujas y requieren más sección de tubo recto antes y después del medidor.
Los caudalímetro magnéticos se han vuelto uno de las tecnologías de medición de flujo mas usados en los últimos 50 años desde que se introdujeron a la industria, de hecho se espera que el mercado de estos caudalímetros en específico crezca a US $800 millones. Son simples, fáciles de mantener, y debido a que no tienen partes móviles, son capaces de operar durante años son necesidad de mantenimiento.
Links: Introduction toM Magnetic Flowmeters, Magnetic Flowmeters, Back to de basics, flowresearch.com.
