Desarrollo y aplicación del medidor de caudal másico Coriolis
2025/09/10
Resumen: Este artículo revisó brevemente el proceso de desarrollo del medidor de flujo másico Coriolis, resumió su estado de desarrollo y aplicación y señaló sus tendencias de desarrollo.
Medición directa del caudal másico vs. caudalímetro volumétrico
La medición del caudal, la temperatura y la presión constituyen los tres parámetros principales en la medición industrial. La medición del caudal es la más compleja y requiere la máxima precisión. Su economía, fiabilidad y seguridad son cruciales en el proceso de producción. Actualmente, existen numerosos instrumentos para la medición de caudal, como caudalímetros de engranajes ovalados, caudalímetros de presión diferencial, caudalímetros electromagnéticos, caudalímetros de turbina, caudalímetros ultrasónicos, etc., todos ellos pertenecientes al grupo de los caudalímetros volumétricos .
Medición de caudal volumétrico mediante caudalímetro de engranajes ovalados
Por qué las industrias necesitan soluciones de medición directa del caudal másico
En el campo de la producción industrial, debido a razones como el balance de materiales, el balance térmico, el almacenamiento y la contabilidad económica, la medición de la masa del fluido que circula por él es cada vez más importante. Si bien un caudalímetro másico indirecto puede estar compuesto por un caudalímetro volumétrico y un densímetro, su estructura es compleja y se ve afectada por la presión y la temperatura, lo que genera grandes errores de medición. Por lo tanto, durante mucho tiempo, los técnicos en metrología han deseado desarrollar un caudalímetro másico que pueda medir directamente el caudal másico de fluidos en tuberías.
La medición del caudal másico de Coriolis no se ve afectada por la temperatura, la presión ni la viscosidad.
Precisión del caudalímetro Coriolis frente a los caudalímetros electromagnéticos y de turbina
La precisión del medidor de flujo de turbina no es tan buena como la del medidor de flujo másico Coriolis
En comparación con otras tecnologías, como los caudalímetros electromagnéticos o de turbina , los caudalímetros Coriolis ofrecen mayor precisión y una medición directa del caudal másico. El caudalímetro másico Coriolis (en adelante, caudalímetro Coriolis) es un nuevo tipo de caudalímetro másico desarrollado por Micro Motion en 1977, basado en el principio de la fuerza de Coriolis proporcional al caudal másico generado por un fluido en un sistema giratorio durante el movimiento lineal. Puede medir de forma directa y precisa la masa del fluido y, al mismo tiempo, obtener su densidad. Actualmente, es uno de los caudalímetros de más rápido desarrollo. Tras años de desarrollo, este nuevo tipo de caudalímetro másico ha mejorado considerablemente su rendimiento de medición y se ha convertido en un líder en la medición de caudal. Artículo relacionado: [ Medidor de caudal Coriolis vs. Medidor de caudal magnético ]
Principio de funcionamiento y fórmula del medidor de caudal másico de fuerza Coriolis
El principio básico del funcionamiento del caudalímetro Coriolis es la fuerza de Coriolis. En un disco que gira a una velocidad angular ω, hay una masa de m. El punto se mueve a una velocidad v, y en este punto, la partícula experimentará una fuerza de inercia ficticia.
Función Fc, su tamaño es:
Fc=2mωv
En la fórmula: Fc es la fuerza de Coriolis; M es la masa de la partícula medida; ω es la velocidad angular; V es la velocidad radial en un sistema giratorio u oscilante.
Medidor de caudal Coriolis de tubo en U para medición de vibraciones y par
La fuerza Fc es la fuerza de Coriolis, perpendicular al plano determinado por ω y v. Si tomamos como ejemplo un caudalímetro másico de tubo en U convencional, este vibra uniformemente a una frecuencia de 80 Hz bajo la acción de un controlador electrónico. Debido a la fuerza de Coriolis, el fluido fluye en direcciones opuestas a ambos lados del tubo, y la fuerza de Coriolis resultante actúa en direcciones opuestas sobre la pared del tubo, como se muestra en la Figura 1. Debido a la dirección opuesta de la fuerza que actúa sobre los tubos paralelos a ambos lados, el tubo en forma de U se somete a un par M. Al mismo tiempo que vibra verticalmente, parece estar torcido lateralmente, como se muestra en la Figura 2.
Método de cálculo del ángulo de torsión y la diferencia de tiempo del medidor de caudal Coriolis
El par M es proporcional a FC, y FC es proporcional a mv. Por lo tanto, al medir el ángulo de torsión θ del tubo en forma de U y calcular el par M, se puede obtener el valor del caudal másico m. Debido a la dificultad para medir con precisión el ángulo de torsión θ, se puede utilizar la relación entre el ángulo θ y la diferencia de tiempo Δ t entre los tubos rectos paralelos que pasan por el punto de equilibrio central en ambos extremos del tubo en forma de U para medir el ángulo θ y, así, obtener el caudal másico.
Mercado global de medidores de caudal Coriolis
Medidor de flujo Coriolis Micromotion de Rosemount
Los fabricantes representativos de caudalímetros Koch extranjeros son Rosemount y E+H, con una cuota de mercado del 65% y el 25%, respectivamente. Si bien los caudalímetros Coriolis se incorporaron al mercado a principios de la década de 1980, se han convertido gradualmente en el producto dominante en caudalímetros, con indicadores de rendimiento técnico y niveles de inteligencia en constante mejora. Expertos reconocidos han afirmado que el caudalímetro Coriolis reemplazará a otros tipos de caudalímetros másicos y a ciertos caudalímetros volumétricos como la tecnología dominante para la medición de caudal.
Tasa de crecimiento del mercado de medidores de flujo Coriolis y estadísticas de ventas (1991-2004)
El hecho de las ventas en el mercado también prueba este punto: muchos medidores de flujo tradicionales están experimentando una disminución significativa en la cuota de mercado, mientras que solo los medidores de flujo Koch están creciendo a una tasa de crecimiento anual promedio del 16%. Según las estadísticas, la capacidad instalada estimada a nivel mundial fue de 110.000 a 130.000 unidades en 1991. En 1995, las ventas globales de medidores de flujo ascendieron a 3 mil millones de dólares estadounidenses, de los cuales los medidores de flujo Coriolis representaron 235 millones de dólares estadounidenses, aproximadamente el 8%. En los últimos cinco años, los ingresos por ventas anuales promedio de varios medidores de flujo a nivel mundial han sido de 2.2 mil millones de dólares estadounidenses, de los cuales la participación de los medidores de flujo Coriolis es de 420 millones de dólares estadounidenses, lo que representa el 19%, mientras que otros tipos de medidores de flujo representan menos del 8%.
Tendencias de investigación en automatización industrial y tecnología de medidores de caudal Coriolis
Sin embargo, con la creciente demanda de tecnología automatizada de detección y procesamiento de información en la producción industrial, los parámetros y situaciones industriales que no se podían medir debido a la complejidad y dificultad de los fluidos han planteado requisitos de monitoreo y medición del caudal másico. Por lo tanto, países como Estados Unidos, Alemania, Reino Unido y Japón están realizando investigaciones tecnológicas sobre nuevos medidores de caudal Coriolis. Debido a las amplias perspectivas de mercado y las altas ganancias de estos nuevos instrumentos, los países han realizado grandes inversiones y están ansiosos por aprovechar el auge de esta tecnología.
Estado de desarrollo del medidor de flujo Coriolis de China
China comenzó relativamente tarde en la investigación y aplicación de los medidores de caudal Coriolis. Desde mediados de la década de 1980, se han utilizado en algunos equipos completos importados. Para 1992, se habían puesto en funcionamiento unas 2000 unidades, principalmente en las industrias petrolera y química. En los últimos años, gracias a la creciente comprensión de los medidores de caudal Coriolis, el número de medidores Coriolis instalados en China ha seguido aumentando, y su ámbito de aplicación se ha ampliado. Sin embargo, la gran mayoría son importados del extranjero.
Los caudalímetros Coriolis de las series SH-CMF y SH-CMD de silverinstruments.com cuentan con casi 40 años de experiencia en producción. Nos esforzamos por alcanzar la excelencia en nuestros procesos de producción, y 40 años de experiencia en aplicaciones nos han permitido ofrecer a nuestros caudalímetros de calidad aplicaciones estables y excelentes en diversas industrias. En algunas aplicaciones industriales especiales, hemos logrado avances tecnológicos, como el caudalímetro Coriolis de alta presión de 1000 bar, el caudalímetro Coriolis de temperatura ultrabaja de -260 °C, el caudalímetro Coriolis de temperatura ultrabaja de 400 °C y materiales especiales para sensores de caudal másico, como el tántalo y el titanio. Monel, entre otros, nos ha permitido alcanzar avances tecnológicos.
Medidor de flujo criogénico para medición de GNL de silverinstruments.com
Los medidores de flujo másico de gas de pequeño tamaño se instalan ampliamente en China, principalmente en equipos experimentales pequeños y medianos, dispositivos de análisis y detección en línea y en la producción de semiconductores en las industrias química y petroquímica. Los medidores de flujo másico de gas de gran tamaño se utilizan principalmente para medir gas natural y gas de carbón. Si bien su número es reducido, las perspectivas son prometedoras. En los últimos años, el desarrollo de medidores de flujo másico de gas de pequeño y mediano tamaño en China ha sido rápido. Por ejemplo, en 1999 se instalaron 2785 unidades en China, incluyendo 2150 de producción nacional (principalmente de fabricantes como el Instituto de Investigación Química de Pekín del Ministerio de Industria Química, la Fábrica de Instrumentos Jianzhong y la Compañía Shengye), e instrumentos importados, principalmente de empresas como Brooks UN. Debido a las limitaciones de los dispositivos de calibración, actualmente hay muy pocos fabricantes de medidores de flujo másico de gas de gran diámetro en China, pero silverinstruments.com ofrece medidores de flujo másico Coriolis de un máximo de 12" que pueden medir un caudal de aproximadamente 918 lb/s.
Medidor de flujo Coriolis de 12” de silverinstruments.com
Desafíos del desarrollo y crecimiento del mercado de medidores de flujo másico de líquidos chinos
Debido a la alta complejidad técnica y al largo ciclo de vida útil, el progreso de los medidores de caudal másico de líquidos es relativamente lento. Si bien numerosas instituciones de investigación y universidades han desarrollado este producto, el número de fabricantes es extremadamente limitado y la producción es limitada (principalmente el Instituto de Investigación Química de Pekín del Ministerio de Industria Química, la Fábrica de Instrumentos Taihang de Shanxi, etc.), dependiendo principalmente de las importaciones. Sin embargo, la demanda aumenta año tras año.
Crecimiento de las ventas de medidores de caudal Coriolis de Micro Motion en China (1992-2004)
Según datos de Micro Motion (MM) Company en Estados Unidos, las ventas totales de la empresa en China fueron de 600 unidades en 1992, con un volumen de ventas de 1000 unidades en 1992. En 1997, la cantidad instalada de medidores de flujo Coriolis era de aproximadamente 3500 a 4500 unidades, y en 2004, alcanzó las 7500 unidades. Estos instrumentos se utilizan ampliamente en la medición y el control de fábricas de vidrio en las industrias petroquímica, química y de materiales de construcción, así como en hornos industriales.
Comparación del rendimiento de los medidores de caudal Coriolis chinos e internacionales
Si bien la producción de medidores de caudal másico para líquidos es muy compleja, hemos logrado ciertos avances tecnológicos. Según una comparación de muestras realizada por el departamento nacional de metrología en 2004 entre los productos de MM Company, E+H Company y el Instituto de Investigación Química de Pekín del Ministerio de Industria Química, los resultados mostraron que los indicadores técnicos y el rendimiento de los tres productos eran prácticamente equivalentes.
El medidor de flujo Coriolis de algunos fabricantes chinos tiene un alto rendimiento como marca internacional.
Aplicaciones del medidor de caudal másico Coriolis en múltiples industrias
Debido a su alta precisión, resistencia al desgaste, amplio rango de medición medio y medición de múltiples parámetros, los medidores de flujo másico Coriolis se han utilizado ampliamente en industrias como la petrolera, química, aeroespacial, energética, papelera, alimentaria y farmacéutica.
Medición de lodos de TiO2 en la industria papelera mediante caudalímetros Coriolis
Medidor de caudal Coriolis para medición de lodos
El TiO₂, utilizado para ajustar la opacidad y el brillo del papel avanzado en la fabricación de papel, es un material muy costoso. Se añade como una suspensión en agua y suele medirse con un caudalímetro electromagnético. Muchos factores pueden provocar cambios en el contenido de polvo de TiO₂ en las tuberías, por lo que los operadores deben añadir TiO₂ en exceso para cumplir con los requisitos mínimos de brillo y opacidad del papel. El uso de un caudalímetro Coriolis puede solucionar el problema del control del contenido de TiO₂, garantizando la calidad del producto sin desperdiciar materiales y mejorando los beneficios económicos.
Sistemas de control de mezcla química de dos componentes con caudalímetros Coriolis dobles
Medición del caudal de resina y endurecedor
En la industria química, muchos procesos requieren el control continuo de dos componentes mezclados en una proporción fija, como la mezcla de resina y endurecedor. El sistema de control incluye dos caudalímetros Coriolis y dos convertidores para controlar las bombas de regulación de velocidad de ambos componentes. Los convertidores cuentan con reguladores PID y todo el sistema implementa el control de la proporción de ambos componentes.
Medidores de caudal Coriolis en la producción de polipropileno con catalizadores sólidos
Durante la producción de polipropileno, los caudalímetros de turbina o volumétricos son susceptibles a sufrir daños debido al uso de catalizadores sólidos. Debido a la naturaleza no conductora de los disolventes, los caudalímetros electromagnéticos tampoco son adecuados. Los aditivos calentados a 100-150 °C también forman recubrimientos en los sensores de presión diferencial debido a los cambios de temperatura, lo que afecta la precisión de la medición. El caudal de los aditivos afecta directamente la calidad del producto. El uso del caudalímetro Coriolis no se ve limitado por los factores mencionados y permite obtener mediciones precisas.
Aplicaciones del medidor de flujo Coriolis en la producción de cerveza y whisky
Medidor de flujo másico utilizado en la industria de licores
En el proceso de producción de cerveza, es necesario mezclar azúcar y agua, y se utiliza un caudalímetro Coriolis. La densidad de salida indica al operador el grado de disolución del azúcar. Una vez que la densidad de salida es estable, se comprueba que la disolución es uniforme y se puede controlar eficazmente el lote y la calidad. Se utiliza para controlar el porcentaje de almidón en la producción de whisky y otras bebidas alcohólicas, ahorrando tiempo de destilación, aumentando la producción y mejorando la eficiencia de todo el proceso de fabricación. Otras aplicaciones relacionadas con el medidor de caudal Coriolis
Ventajas y limitaciones del caudalímetro Coriolis en aplicaciones industriales
El principio del caudalímetro Coriolis determina sus ventajas destacadas, como su alta precisión y amplio rango de medición, pero también presenta desventajas como la alta pérdida de presión, los altos requisitos de fabricación e instalación, y la susceptibilidad a las vibraciones externas. En la última década, el nivel tecnológico de los caudalímetros Coriolis ha mejorado considerablemente y su ámbito de aplicación se ha extendido cada vez más. Se prevé que el caudalímetro Coriolis experimente un desarrollo aún más rápido en el futuro.
Tendencias futuras de desarrollo de la tecnología de medidores de caudal másico Coriolis
Del estado actual de la investigación y aplicación del caudalímetro Coriolis, su principal dirección de desarrollo es:
Desarrollo de un medidor de caudal Coriolis de gran diámetro para aplicaciones industriales
Desarrollo de una nueva serie de medidores de caudal másico (de gran diámetro). Para ampliar el campo de aplicación de los instrumentos, diversas empresas han desarrollado productos de gran calibre, incluso ultragrandes, basados en los productos originales de tamaño pequeño y mediano, para satisfacer las necesidades de diferentes usuarios.
Medidores de caudal Coriolis multiparamétricos: medición de caudal másico y densidad
Desarrollo de un enfoque versátil para una sola tabla. El caudalímetro Coriolis se utiliza principalmente para medir el caudal másico de líquidos, pero, según su principio, también puede medir su densidad. Este medidor también puede utilizarse para medir el caudal másico de gases que fluyen a alta presión debido a su mayor densidad. El caudalímetro Coriolis de silverinstruments.com puede medir la densidad de líquidos.
Análisis de errores de fabricación e instalación de medidores de caudal Coriolis
Analizar el impacto y la relación numérica de los errores de fabricación e instalación en los medidores de caudal Coriolis, con el fin de relajar los requisitos de precisión de fabricación e instalación dentro del rango permitido de errores de medición y reducir la dificultad del proceso de fabricación e instalación.
Medidores de caudal Coriolis para aplicaciones de fluidos de baja densidad y bifásicos
Ampliar aún más la aplicación del medidor de caudal Coriolis para permitir la medición del caudal de fluidos bifásicos gas-líquido y gas de baja densidad.
Más información sobre el medidor de flujo Coriolis en silverinstruments.com:
