medidor de flujo másico de CO2

Desafíos en la medición del flujo volumétrico de CO2

La mayoría de los caudalímetros de CO2 de uso común hoy en día están diseñados para medir el caudal volumétrico de gas. Sin embargo, dado que el volumen del CO2 se ve afectado por su temperatura, presión y otros parámetros, cualquier cambio en estas condiciones requiere ajustar el caudal volumétrico medido a un valor correspondiente en condiciones estándar o acordadas. En la práctica, las frecuentes fluctuaciones de temperatura y presión dificultan, e incluso imposibilitan, realizar estas conversiones de manera oportuna. Por consiguiente, existe una creciente preferencia por el uso de caudalímetros másicos para la medición del CO2.

La importancia de los caudalímetros másicos de CO2 en la producción industrial

En la producción industrial, los caudalímetros másicos de CO2 son esenciales para controlar la calidad del producto, determinar las proporciones de mezcla de los distintos materiales durante la producción, llevar el control de costes y permitir ajustes automáticos en el proceso productivo. A medida que avanza la tecnología de producción industrial y aumenta la automatización de procesos, la importancia de la medición del flujo másico de CO2 sigue creciendo.

Relación entre el caudal volumétrico y el caudal másico

La relación entre el caudal volumétrico qv y el caudal másico qmis viene dada por:

(1-1)

o

(1-2)

Dónde:

• ρ es la densidad del fluido que se está midiendo, en kg/m³;
• A es el área de la sección transversal del flujo (generalmente la sección transversal de la tubería), en m²;
• V es la velocidad media del flujo en la sección A, en m/s.

Caudalímetros másicos indirectos y sus limitaciones

Los caudalímetros másicos de CO2 se clasifican en dos categorías: indirectos (o derivados) y directos. Los caudalímetros másicos indirectos miden primero el caudal volumétrico de CO2 y luego lo multiplican por la densidad del fluido, obtenida mediante un densímetro y un multiplicador. Debido a las limitaciones de su estructura y componentes, los densímetros no funcionan eficazmente a altas temperaturas y presiones, por lo que dependen de un valor de densidad fijo para calcular el caudal másico. Sin embargo, dado que la densidad del fluido varía con la presión y la temperatura, el uso de un valor de densidad fijo en condiciones variables genera errores significativos en la medición del caudal másico, lo que hace necesaria la compensación de parámetros. Esto impulsó el desarrollo de caudalímetros con compensación de temperatura y presión, que detectan la temperatura y la presión del fluido y las convierten automáticamente en el valor de densidad correspondiente mediante un modelo matemático. El producto de este valor de densidad y el caudal volumétrico proporciona la medición del caudal másico. Este tipo de medidor se denomina caudalímetro másico con compensación de temperatura y presión y se utiliza ampliamente en la industria.

Caudalímetros másicos directos: Medición precisa sin compensación de parámetros

Los caudalímetros másicos directos, por otro lado, miden magnitudes directamente relacionadas con el caudal másico, lo que garantiza que la señal de salida que representa dicho caudal sea independiente de la presión, la temperatura y otros parámetros del fluido. Este enfoque resuelve las complejidades e imprecisiones asociadas a las suposiciones de linealidad entre densidad, temperatura y presión en condiciones variables, así como la engorrosa compensación de temperatura y presión.

Tipos de caudalímetros másicos directos para la medición de CO2

Los caudalímetros másicos directos detectan el flujo másico directamente a través de sus elementos de medición. Existen varios tipos de caudalímetros másicos directos, incluyendo los de momento lineal, los de fuerza inercial, los de Coriolis, los de presión diferencial, los de vibración y los térmicos.

Caudalímetro másico térmico para la medición del flujo de gas CO2

¿Cómo funciona un medidor de flujo másico térmico para CO2?

El caudalímetro másico térmico , un tipo de caudalímetro másico directo, ha experimentado un rápido desarrollo en los últimos años. Su principio de funcionamiento básico consiste en utilizar una fuente de calor externa para calentar el CO₂ que se está midiendo y, a continuación, detectar los cambios en el campo de temperatura provocados por el flujo de CO₂ para determinar el caudal másico de CO₂. Este cambio en el campo de temperatura se indica mediante la diferencia de temperatura entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del calentador. La relación entre el caudal másico qm del fluido y la diferencia de temperatura a través del calentador viene dada por:

(1-3)

Dónde:

• P es la potencia del calentador,
• J es el equivalente térmico,
• Cp es el calor específico a presión constante del fluido,
• Δt es la diferencia de temperatura entre los extremos delantero y trasero del calentador.

De esta ecuación se observa que, en el método de potencia constante, la diferencia de temperatura Δt es inversamente proporcional al caudal másico de CO₂ qm . Al medir la diferencia de temperatura Δt , se puede determinar el caudal másico qm . En cambio, en el método de diferencia de temperatura constante, la potencia de entrada del calentador P es directamente proporcional al caudal másico qm . Al medir la potencia de entrada del calentador P , se puede obtener el valor de qm . El método de diferencia de temperatura constante se prefiere generalmente en la práctica debido a su relación más simple y a la facilidad de medición; el caudal másico de CO₂ qm se puede determinar directamente leyendo la potencia P de un medidor de potencia, lo que explica su amplio uso.

Ventajas del uso de un medidor de flujo másico térmico para la medición del flujo másico de CO2

√ Puede medir directamente el flujo másico de gas CO2, lo cual es de gran importancia para el control de la cantidad de entrada de gas de proceso y el proceso de fabricación.
√ El sensor del caudalímetro de gas térmico no tiene partes móviles al tomar la medición del flujo de gas, por lo que no hay desgaste mecánico ni mantenimiento.
√ Puede medir el flujo instantáneo de CO2 y la velocidad de respuesta es rápida.
√ Amplio rango de medición: La relación entre el caudal máximo y el rango de medición mínimo puede alcanzar 100:1, lo que proporciona un rango de medición muy amplio en comparación con los caudalímetros de turbina de gas y los caudalímetros de vórtice de gas.
√ Existen caudalímetros de gas en línea o caudalímetros de gas térmicos de inserción, que pueden utilizarse para la medición del flujo de CO2 en grandes tuberías de gas.

Caudalímetro másico Coriolis para medir CO2

Cómo funciona un medidor de flujo másico Coriolis para la medición del flujo másico de CO2.

El caudalímetro másico Coriolis refleja la magnitud del caudal másico midiendo la variación de la fuerza de Coriolis. Esta fuerza se refiere a la acción que ejerce la segunda ley de Newton sobre un objeto en un sistema de referencia que gira a velocidad angular uniforme. Para describir el movimiento del objeto, además de la fuerza centrífuga inercial, es necesario considerar la fuerza de Coriolis, o simplemente fuerza de Coriolis, aplicada al observador en dicho sistema de referencia. Por ejemplo, si se utiliza un disco como sistema de referencia giratorio, y este gira alrededor de su eje central a una velocidad angular ω, se asume que un objeto se mueve en línea recta uniforme respecto al disco a lo largo de su radio, a una velocidad v desde el centro de rotación. Además de la fuerza centrífuga inercial, el objeto también experimenta la fuerza de Coriolis. La magnitud de esta fuerza está determinada por la velocidad angular del disco y la velocidad radial del objeto. Suponiendo que la fuerza de Coriolis está representada por f, su expresión es:

(1-4)

En la fórmula:

m—la masa del objeto en movimiento
v - La velocidad de un objeto en un sistema de referencia giratorio
`w- Velocidad angular del marco de referencia giratorio.

Como indica la ecuación, la existencia de la fuerza de Coriolis depende de la presencia simultánea de velocidad radial y velocidad angular; si alguna de las velocidades es cero, no se generará ninguna fuerza de Coriolis.

De la ecuación (1-4), se deduce que, cuando la velocidad angular de rotación es constante, la fuerza de Coriolis fc es directamente proporcional al CO₂ de la masa y la velocidad del objeto. Este principio constituye la base teórica fundamental para el uso de la fuerza de Coriolis en la medición del flujo másico. En la medición de flujo, el CO₂ que se mide fluye a través de una tubería móvil que gira a una determinada velocidad angular, logrando así la coexistencia de velocidad de flujo y velocidad angular. Esta tubería móvil se denomina tubo de medición de flujo. El tubo de medición consigue las condiciones necesarias mediante rotación o vibración periódica. Cuando el fluido fluye a través del tubo de medición, experimenta el efecto Coriolis debido a las variaciones periódicas de la velocidad angular, si bien con una estructura relativamente simple.

Características del medidor de flujo másico de CO2

↗ Diseñado para caudales de gas que van desde micromedidores de flujo másico de CO2 DN1.5 hasta DN200 (8 pulgadas).
↗ Medición directa del flujo másico de gas para gases de alta densidad
↗ Equipado con pantallas electrónicas, 4-20 mA, RS485 y opciones de control de lotes
↗ Alta precisión en la medición del flujo másico de gas
↗ Ideal para aplicaciones de flujo de gas a alta presión, como la monitorización del flujo de CO2 o GLP.
↗ También puede medir el flujo másico de CO2 a temperaturas ultrabajas.
↗ Lecturas digitales del caudal de gas en kilogramos por segundo (kg/s) o kg/h, t/h, unidad de flujo másico

Caudalímetro Coriolis para la medición del flujo de CO2 criogénico

Los caudalímetros Coriolis son altamente efectivos para medir CO₂ criogénico , especialmente en aplicaciones que requieren una medición precisa del flujo másico a temperaturas extremadamente bajas. Estos medidores utilizan el efecto Coriolis, donde el caudal másico del fluido se determina midiendo la fuerza de Coriolis inducida al fluir el CO₂ a través de tubos vibratorios. La principal ventaja de usar caudalímetros Coriolis para CO₂ criogénico radica en su capacidad de medición directa de la masa, que se mantiene altamente precisa incluso a temperaturas ultrabajas. Además, proporcionan una excelente repetibilidad y fiabilidad sin necesidad de enderezadores de flujo ni compensación de temperatura. Esto los hace ideales para aplicaciones como el almacenamiento criogénico, el transporte y la dosificación precisa en procesos industriales donde mantener el CO₂ en estado supercrítico o líquido es crucial.

Medidor de flujo másico de CO2 micro

También ofrecemos micromedidores de flujo másico para CO2, incluyendo principalmente micromedidores de flujo para gases térmicos y medidores de flujo Coriolis.

Caudalímetros/controladores de flujo de microgases térmicos

Los medidores térmicos/ controladores de flujo están diseñados para medir caudales extremadamente bajos con alta precisión. El caudal mínimo que pueden detectar es de tan solo 2 ml/min, manteniendo una alta precisión de ± 1 % FS. Funcionan detectando los cambios de temperatura a medida que el CO₂ pasa a través de un sensor calentado. Entre sus ventajas se incluyen una alta sensibilidad a bajos caudales, la ausencia de piezas móviles (lo que implica un mantenimiento mínimo) y tiempos de respuesta rápidos. Estos medidores son ideales para aplicaciones que requieren un control preciso de pequeñas cantidades de gas, como en investigación de laboratorio, dispositivos médicos y monitorización ambiental.

Microcaudalímetros Coriolis ,

Por otro lado, se puede medir directamente el flujo másico detectando la fuerza de Coriolis generada por el flujo de CO₂ a través de tubos vibratorios. Estos medidores proporcionan mediciones de flujo másico altamente precisas y fiables, independientemente de las variaciones de presión y temperatura. Son especialmente adecuados para aplicaciones donde la precisión es fundamental, como en la fabricación farmacéutica, el procesamiento químico y las industrias de alimentos y bebidas. Ambos tipos de medidores son esenciales en procesos donde la medición precisa del flujo másico de CO₂ es crucial, y cada uno ofrece ventajas únicas según las necesidades de la aplicación.