MEDIDOR DE FLUJO MÁSICO TÉRMICO MAGNETROL

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MEDIDOR DE FLUJO MÁSICO TÉRMICO MAGNETROL

El caudalímetro térmico es menos conocido, pero utiliza tecnología menos costosa que el caudalímetro de efecto Coriolis. El principio de funcionamiento se basa en el calentamiento del fluido que pasa por el caudalímetro. De hecho, cualquier fluido que pase a través de un recipiente más caliente absorberá calor.

 

El caudalímetro consta de dos sondas de temperatura colocadas a la entrada y a la salida. El caudalímetro medirá la potencia térmica necesaria para mantener un diferencial de temperatura constante entre estas dos sondas. Conociendo la composición del fluido que lo atraviesa, se puede conocer la capacidad calorífica específica de este fluido y por extensión la cantidad de material que lo atraviesa.

 

Este tipo de caudalímetro está reservado para aplicaciones específicas porque requiere conocer exactamente la composición del fluido que lo atraviesa. Por lo tanto, se utiliza más bien en la industria en forma de controlador, menos costoso pero adaptado a usos para los que se conocen todos los parámetros.

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Elegir el medidor de flujo másico adecuado para su aplicación

 

Los tratamientos industriales y químicos que van desde la polimerización hasta la elaboración de cerveza requieren una dosificación ultra precisa de líquidos o gases. El caudal se puede medir en términos de masa o volumen por unidad de tiempo y, dependiendo de su aplicación, deberá optar por uno u otro.

 

La mayoría de las veces, medir el flujo volumétrico es suficiente, especialmente si la temperatura y la presión son conocidas y estables. Sin embargo, debido a que la medición del flujo másico indica directamente la cantidad de moléculas presentes, ofrece la ventaja de no verse afectada por las variaciones de densidad.

 

La mayoría de los ingenieros están familiarizados con diferentes formas de medir el flujo volumétrico. Por el contrario, la medición del flujo másico es menos conocida y comprendida. Esto explica cómo se puede medir el flujo másico directamente (por ejemplo, mediante pérdida de calor) e indirectamente (mediante caída de presión) y destaca las características principales de algunos de los medidores de flujo másico disponibles comercialmente. El documento se divide en varias secciones que cubren:

 

  • Tipos de medidores de flujo másico y sus principios de funcionamiento.
  • Factores que influyen en la precisión
  • Aplicaciones de los medidores de flujo másico
  • Las últimas tecnologías en caudalímetros másicos y volumétricos.

Medidor de flujo másico Magnetrol Thermatel TA2

Magnetrol se complace en anunciar la disponibilidad del medidor de flujo másico de dispersión térmica Thermatel TA2 con comunicación de salida digital Fundación Fieldbus. Esta incorporación refleja el desarrollo del TA2 y el compromiso de Magnetrol de lograr un éxito continuo en el rendimiento.

 

El TA2 con Fundación fieldbus ofrece todos los beneficios del TA2 estándar, tales como: calibración para dos gases con dos curvas únicas, permite ajuste local para instalaciones con diferentes tipos de gases o ajuste para diferentes mezclas de gases.

 

El procedimiento de verificación de la calibración proporciona ahorros de costos debido a la reducción del tiempo de inactividad del proceso y la recalibración innecesaria. Está equipado con totalizadores internos con y sin reset, Señal fuerte a bajos caudales y bajas presiones con amplia cobertura. Finalmente, ofrece calibraciones trazables según estándares ISO 17025 y NIST, etc.

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Descripción

 

El transmisor de flujo másico térmico Thermatel TA2 proporciona mediciones confiables de flujo másico para aplicaciones de aire y gas. El TA2 se suministra calibrado y configurado para aplicaciones de usuario. La electrónica potente pero fácil de usar está integrada en una carcasa compacta a prueba de explosiones. El TA2 ofrece un rendimiento excelente y una relación calidad-precio excepcional.

 

El TA2 ofrece al usuario la capacidad de verificar la calibración en el sitio, lo que reduce la necesidad de recalibración periódica.

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Tipo de producto

 

Transmisor de flujo

Una explicación de los medidores de flujo térmico.

 

Los medidores térmicos se utilizan para calibrar el flujo másico de gas sin necesidad de realizar comprobaciones adicionales de presión, temperatura o densidad. Los medidores térmicos funcionan introduciendo una cierta cantidad de calor en el flujo de gas y midiendo el cambio de temperatura producido, o creando un entorno de temperatura específico y midiendo la energía necesaria para mantener la temperatura mediante una sonda.

 

Los caudalímetros másicos térmicos utilizan un calentador eléctrico colocado entre dos sensores de temperatura. El elemento calefactor puede colocarse fuera de la tubería o en el flujo del fluido. El uso de esta técnica elimina las variaciones de temperatura durante el proceso.

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Existen tres tipos de caudalímetros másicos térmicos utilizados en la industria. Los caudalímetros másicos sumergibles, también conocidos como caudalímetros másicos industriales o caudalímetros másicos de dispersión térmica, comprenden una serie de instrumentos que miden el caudal másico de fluidos (principalmente gases) que circulan por tuberías cerradas.

 

Otro tipo de caudalímetro másico térmico es el caudalímetro másico de tubo capilar. Los controladores de caudal másico, abreviados MFC, combinan la electrónica, una válvula y un caudalímetro másico. Un caudalímetro másico térmico se construye para medir la diferencia de temperatura entre chips MEMS basados en silicio.

 

Ambos tipos de caudalímetros másicos térmicos regulan el caudal másico de fluido midiendo el calor producido por una superficie calentada a través de la cual fluye el fluido. En los caudalímetros másicos sumergibles, el calor se transfiere a una zona de barrera del fluido que fluye sobre la superficie calentada.

 

En un caudalímetro másico de tubo capilar, el calor se transfiere al fluido que fluye a través de un tubo capilar calentado. Los dos tipos de caudalímetros másicos térmicos son similares en principio, pero las normas utilizadas son significativamente diferentes, al igual que las aplicaciones para las que se utilizan. Los caudalímetros de dispersión térmica se utilizan normalmente para aplicaciones de flujo de gas en conductos o tuberías, mientras que los caudalímetros másicos de tubo capilar se utilizan para líquidos o gases limpios en tuberías. Ambos tipos de caudalímetros másicos térmicos se utilizan en la industria.

 

La razón principal por la que los caudalímetros másicos térmicos se utilizan en aplicaciones industriales es la forma en que están construidos. El caudalímetro másico térmico no contiene piezas móviles y tiene una trayectoria de flujo clara.

 

Además, estos caudalímetros másicos térmicos no requieren correcciones de presión o temperatura y mantienen su precisión en un rango de caudales. El recorrido en una tubería recta puede reducirse utilizando un acondicionador de doble placa de flujo. La instalación es sencilla y la intrusión en las tuberías es mínima.

 

Las propiedades térmicas de un fluido dependen de su composición en muchas aplicaciones. La medición del caudal de calor puede verse afectada por cambios en la composición del fluido durante el funcionamiento.

 

Por lo tanto, es esencial que el proveedor del caudalímetro térmico conozca la composición exacta del fluido para calibrar correctamente el caudalímetro y determinar correctamente el caudal. Los proveedores pueden facilitar al usuario la información necesaria para calibrar correctamente el caudalímetro másico térmico para otras mezclas de gases, pero la precisión depende de que la mezcla de gases sea la misma que la utilizada para la calibración. Si el gas que fluye realmente tiene una composición diferente a la calibrada, la mezcla puede ser incorrecta y deteriorarse. Por lo tanto, es esencial que el gas utilizado para la calibración sea el mismo que el utilizado durante el proceso de fabricación.

 

¿Qué es el flujo másico?

Esta relación directa entre las propiedades térmicas del fluido y su masa tiene la ventaja de medir un caudal másico que no se ve influenciado por condiciones variables del proceso, como cambios de temperatura o presión. Obtenga más información sobre la relación entre flujo másico y flujo volumétrico. En muchos procesos de producción e I+D, como las reacciones químicas, la masa es la variable importante, no el volumen.

 

¿Por qué es necesaria la calibración?

 

El principio de medición de un caudalímetro másico térmico se basa en la transferencia de calor y depende de la densidad y el calor específico del fluido. Esta es la razón por la que los medidores de flujo másico térmico deben calibrarse para un fluido específico.

medidor de flujo másico térmico

 

Los medidores de flujo másico térmico se utilizan a menudo para medir caudales de gas bajos. ¿Pero qué hacen exactamente? ¿Qué diferencia a estos instrumentos de otros medidores de flujo de gas? Quizás también desee conocer las diferentes tecnologías de medición de flujo y sus ventajas y desventajas.

 

Este tipo de dispositivo puede utilizar dos tipos de técnicas: un tubo de muestreo calentado o una sonda. Ambas técnicas determinan la masa en función de la capacidad calorífica específica del fluido (evitando así variaciones de densidad) y, por tanto, es necesario conocer esta propiedad. Los medidores de flujo másico térmico son ideales para medir caudales de gas bajos.

 

En un medidor de flujo másico con tubo de muestreo calentado, parte o la totalidad del flujo pasa a través de un tubo de alta precisión. Este tubo se calienta y luego se mide el cambio de temperatura. La diferencia de temperatura entre los dos puntos indica la cantidad de energía absorbida por el fluido, que depende de la masa que se mueve en el tubo.

 

Los caudalímetros másicos con sonda funcionan según el mismo principio, con la diferencia de que se colocan dos sondas RTD en el caudal. El sensor aguas arriba mide la temperatura del fluido mientras el segundo sensor se calienta a una temperatura más alta que el primer sensor. El calor se transfiere desde el segundo sensor al fluido a una velocidad correspondiente al caudal másico.

 

Calor especifico

 

Las mediciones del flujo másico térmico se basan en las propiedades térmicas del fluido, como su capacidad calorífica específica. Este calor específico de un líquido o gas es una propiedad intrínseca de este fluido y determina el aumento de temperatura de este fluido cuando el fluido absorbe una determinada cantidad de energía térmica. La masa del fluido es importante: 2 gramos de fluido pueden absorber el doble de calor que 1 gramo del mismo fluido.

 

Esto se aplica tanto a fluidos estáticos como a fluidos en movimiento, es decir, para caudales bajos de líquidos o gases. La medición del flujo másico térmico hace un uso bastante simple de este principio físico básico, que relaciona la masa fluyeda (en gramos por segundo) con la potencia aplicada (en julios de calor por segundo) con el calor específico (en julios por gramo por grado Celsius). y la diferencia de temperatura inducida por el calor (en grados Celsius) como factores de proporcionalidad.

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3 tipos de sensores para caudalímetros másicos térmicos

 

Por lo tanto, un medidor de flujo másico térmico utiliza las propiedades térmicas de un fluido para medir (o «detectar») su flujo másico. ¿Cómo funciona esto en la práctica? Distinguimos tres principios de sensor diferentes:

 

  1. Sensor de flujo másico térmico para gases, que utiliza el principio de bypass, donde sólo una pequeña parte del flujo pasa a través del sensor.

 

  1. Sensor de flujo másico térmico para gases, que utiliza el principio en línea (CTA), que mide directamente en el flujo principal.

 

  1. Sensor de flujo másico térmico para líquidos, mediante el principio en línea (CTA/CPA).

 

Medidores de flujo másico térmico basados ​​en tecnología MEMS

 

También existen medidores de flujo másico térmico para gases que utilizan sensores de chip. La tecnología MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) está incorporada en el instrumento FLEXI-FLOW de Bronkhorst , donde el flujo de gas pasa a través de estos sensores. Además de los caudales másicos, los dispositivos FLEXI-FLOW también pueden medir la temperatura y la presión del gas. Los dispositivos IQ+FLOW, muy compactos y basados ​​también en tecnología MEMS, son los preferidos para instalaciones que ocupan poco espacio.

 

 

MEDIDOR DE FLUJO MÁSICO TÉRMICO O CONTROLADOR DE FLUJO MÁSICO TÉRMICO

 

Un medidor de flujo másico térmico se convierte en un controlador de flujo másico (para regular de manera precisa y repetitiva el flujo másico de gases o líquidos) agregando una válvula de control (integrada o remota) al medidor de flujo. Obtenga más información sobre los controladores de flujo másico.

Medición de flujo másico versus medición de flujo volumétrico

Para muchos procesos de producción e investigación, el factor más importante es la masa más que el volumen. Las mediciones de flujo volumétrico no son tan confiables como las mediciones de flujo másico debido a la influencia de la temperatura y la presión sobre la densidad del volumen fijo de gas.

 

A diferencia de las tecnologías de medición de flujo volumétrico, como los medidores de flujo de flotador (medidores de flujo de área variable) o los medidores de flujo de turbina, los medidores de flujo másico térmico no son sensibles a las fluctuaciones de temperatura y presión. El medidor de flujo másico puede proporcionar directamente el valor del flujo másico. La mayoría de los otros métodos miden el flujo volumétrico y requieren mediciones separadas de temperatura y presión para calcular la densidad y derivar el flujo másico.

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Los medidores de flujo másico miden el flujo a nivel molecular y, por lo tanto, pueden garantizar un suministro de gas altamente preciso, reproducible y confiable.

 

La diferencia entre flujo volumétrico y flujo másico se explica detalladamente en nuestro artículo ¿Sabes por qué son importantes las condiciones de referencia de presión/temperatura de las unidades de medición de flujo másico de gas?

 

Principio De Funcionamiento Del Medidor De Flujo Másico Térmico.

 

El medidor de flujo másico de gas térmico está diseñado en base a la dispersión térmica. Y adopta un método de temperatura diferencial constante para medir el flujo de gas. Tiene las ventajas de tamaño pequeño, fácil instalación, alta confiabilidad y alta precisión, etc.

 

El medidor contiene dos resistencias de platino de sensores de temperatura. El principio térmico funciona monitoreando el efecto de enfriamiento de un flujo de gas cuando pasa sobre un sensor calentado.

 

El gas que fluye a través de la sección de detección pasa por dos sensores. Uno se utiliza normalmente como sensor de temperatura, mientras que el otro se utiliza como elemento calefactor. El sensor de temperatura monitorea los valores reales del proceso mientras el calentador se mantiene a una temperatura diferencial constante por encima de esta variando la potencia consumida por el sensor.

Cuanto mayor sea la velocidad del gas, mayor será el efecto de enfriamiento y la potencia necesaria para mantener la temperatura diferencial. La potencia calorífica medida es, por tanto, una medida del flujo másico de gas.

 

Las ventajas del principio de medición del flujo másico térmico.

 

  • El medidor de flujo másico térmico también se llama sensor de flujo másico térmico o medidor de flujo másico térmico. El medidor de flujo másico térmico es un medidor que utiliza el principio de transferencia de calor para detectar el flujo.

 

  • Es decir, la medición se realiza en función de la relación de intercambio de calor entre el fluido en circulación y la fuente de calor (el objeto calentado fuera del fluido o el cuerpo calentador dentro del tubo de medición).

 

  • El principal gas de medición. Los medidores de flujo másico térmico de gas se dividen principalmente en dos categorías, a saber: de distribución térmica y sumergidos (o extraíbles).

 

  • Los medidores de flujo másico térmico son, con diferencia, los instrumentos más populares para medir el flujo másico de un flujo de gas bajo. Desde la aparición de estos instrumentos a mediados de los años 1970, han evolucionado considerablemente, pasando de lo analógico a lo digital, de caudales bajos a caudales más altos, de aplicaciones en laboratorios y máquinas en entornos industriales e incluso en zonas peligrosas (ATEX).
  • Existe un medidor de flujo másico térmico adecuado para casi todas las aplicaciones de gas de bajo flujo. Otros principios de medición que se pueden utilizar para aplicaciones de gas de bajo flujo son la medición del flujo másico Coriolis y la medición de la presión diferencial.

Diferencia entre medidores de flujo másico térmico

 

  • El medidor de flujo másico térmico responde lentamente.

 

  • Lugares donde la composición del gas medido cambia significativamente. Debido a los cambios en el valor de cp. y la conductividad térmica, el valor medido variará significativamente y provocará errores.
  • Para un flujo pequeño, el medidor agregará una cantidad considerable de calor al gas que se va a medir.

 

  • Para medidores de flujo másico de gas térmico con distribución térmica, si el gas medido deposita una capa de sarro en la pared de la tubería, el valor medido se verá afectado. Debe limpiarse periódicamente. El instrumento de tipo tubo delgado tiene la desventaja de que se obstruye fácilmente y no puede usarse en circunstancias normales.

 

  • Se restringirá el uso de flujo pulsado.

 

  • Los medidores de flujo másico térmico para líquidos también están limitados en el uso de líquidos viscosos.

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Controladores de flujo másico térmico

 

Un controlador de flujo másico térmico no es más que un medidor de flujo combinado con una válvula de control. Estos instrumentos compactos se utilizan en aplicaciones donde los gases deben controlarse con precisión.

 

Un controlador de flujo másico compara continuamente la señal de salida con un punto de ajuste de una fuente de voltaje, corriente o digital (bus de campo). Cualquier desviación entre el punto de ajuste y la señal medida resulta en un ajuste de la válvula solenoide hasta que las dos señales sean idénticas.

 

Esta función de control (PID, Proporcional, Integral, Derivada) es a menudo una parte integral de la electrónica del medidor de flujo, mientras que las características de control se pueden ajustar para lograr una regulación rápida o suave a través del software del usuario. Dependiendo de su aplicación, puede seleccionar una válvula de control electromagnética proporcional para presión alta o baja (diferencial) y para flujo bajo a alto.

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Aplicaciones De Los Medidores De Flujo Másico Térmico.

 

El principio de medición térmica está muy extendido en la industria y se utiliza con éxito en muchas aplicaciones de flujo de gas, por ejemplo:

 

  • Medición de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, cloro y gases multicomponentes.
  • Medición de gases de altos hornos y de hornos de coque.
  • Medición de humo.

 

  • Medición de aireación y cloro en biogás y tratamiento de agua.

 

  • Medición de aire comprimido.

 

  • Medición de flujo de gas para gas natural, gas licuado, gas de llama, etc.

 

  • Medición del flujo de aire primario y secundario de un alto horno de una central eléctrica

 

  • Medición del caudal de un sistema subterráneo de ventilación o evacuación

 

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