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Caudalímetro Coriolis para CO2 líquido: Guía de selección y ejemplos de aplicación.
Para la medición de CO2 líquido, un caudalímetro másico Coriolis es la opción más fiable. criogénico (-78 °C), presurizado y en condiciones supercríticas. Mide el caudal másico real directamente, no requiere corrección de densidad ni de temperatura, y maneja la sensibilidad de fase del CO₂ mejor que cualquier tecnología volumétrica. El material en contacto con el fluido recomendado es SS316L; los diámetros de tubería varían de DN6 a DN50 según el rango de caudal.
El CO2 se comporta de manera diferente a la mayoría de los líquidos industriales. A presión atmosférica, se sublima directamente de sólido a gas a -78,5 °C. Para mantenerlo líquido, se requiere una temperatura criogénica (por debajo de -56,6 °C en el punto triple) o una presión elevada superior a 5,18 bar. Muchas aplicaciones industriales utilizan ambas: CO2 líquido a alta presión y temperatura ambiente para la carbonatación y la extinción de incendios, o CO2 líquido criogénico a baja presión para la investigación y la congelación de alimentos.
Esta naturaleza de doble condición crea problemas para los medidores de flujo convencionales. Un medidor dimensionado para CO2 a alta presión a temperatura ambiente no soportará el servicio criogénico. Un medidor de flujo de masa térmica diseñado para gas CO2 Fallará inmediatamente al entrar en contacto con el líquido. Incluso entre los medidores que pueden soportar la temperatura o la presión, la mayoría miden el volumen, y la densidad del CO₂ líquido varía significativamente con la temperatura y la presión. Sin una corrección de densidad en tiempo real, una lectura volumétrica puede presentar errores del 5 % o más.
Los caudalímetros de turbina miden el volumen. Necesitan compensación de densidad para calcular la masa, y la lubricación de los cojinetes se degrada rápidamente por debajo de -20 °C. En aplicaciones con CO₂ líquido criogénico, la vida útil de los cojinetes es corta y los intervalos de mantenimiento son demasiado frecuentes para entornos de producción.
Los medidores de desplazamiento positivo con engranajes ovalados funcionan bien con fluidos viscosos, pero la viscosidad del CO2 líquido es de aproximadamente 0,10 a 0,12 cP. Esta viscosidad es demasiado baja para mantener el sellado entre el engranaje y la carcasa. Las fugas internas a través de los engranajes aumentan con la baja viscosidad, y el error de medición se incrementa en consecuencia. El riesgo de evaporación instantánea en la salida del medidor también es real si no se controla la contrapresión.
Los caudalímetros de vórtice requieren un número de Reynolds mínimo para generar vórtices estables. A caudales bajos en tuberías de pequeño diámetro, este mínimo no siempre se cumple, y la precisión de un caudalímetro de vórtice en aplicaciones con CO2 líquido es poco fiable. Además, miden el volumen.
Los caudalímetros ultrasónicos pueden utilizarse para CO2 líquido a alta presión en tuberías de gran diámetro (DN50 y superiores) donde se cumplen los requisitos de tramo recto. Para aplicaciones criogénicas de pequeño diámetro, la capa aislante impide el uso de ultrasonidos con abrazadera, y la instalación en línea a temperaturas criogénicas requiere materiales especiales para los transductores, lo que incrementa significativamente el coste.
El principio de Coriolis mide el flujo másico directamente mediante la fuerza de inercia que actúa sobre un tubo vibrante. No depende de suposiciones sobre la velocidad, la viscosidad o la densidad del fluido. Esta independencia es precisamente lo que lo hace idóneo para el CO₂ líquido, donde la densidad y la viscosidad varían con la temperatura y la presión de maneras que dificultan el uso de medidores volumétricos.
Un medidor Coriolis para CO2 líquido utiliza tubos de acero inoxidable SS316L o Hastelloy C-22 con una clasificación de hasta -200 °C y presiones de trabajo de hasta 100 bar, según el modelo. La precisión típica es del 0,2 % de la lectura para el caudal másico y del 0,5 % para la densidad. La repetibilidad es del 0,1 %. El medidor también proporciona la densidad del fluido en tiempo real, lo que resulta útil para detectar cambios de fase en el punto de medición.
Las salidas estándar son de 4-20 mA para flujo másico y densidad analógicos, salida de pulsos para totalización de lotes y RS-485 Modbus RTU para integración con PLC o SCADA. El protocolo HART está disponible en la mayoría de los modelos. Para el servicio de CO2 en la industria alimentaria y de bebidas, se ofrecen conexiones de proceso Tri-Clamp y certificación de materiales.
Elija el tamaño correcto para CO2 líquido.
medidores de Coriolis El tamaño de los medidores se determina según el caudal másico, no el diámetro de la tubería. El tamaño de la conexión de la tubería se basa en el rango de caudal requerido y la caída de presión aceptable. Un error común es especificar el tamaño del medidor para que coincida con el diámetro de la tubería existente, en lugar de para que coincida con el rango de caudal. Un medidor Coriolis sobredimensionado pierde precisión en el rango de caudal bajo; uno subdimensionado genera una caída de presión excesiva que puede provocar evaporación instantánea.
Para aplicaciones criogénicas, seleccione un modelo con opción de electrónica para bajas temperaturas. La carcasa del transmisor debe estar diseñada para el rango de temperatura ambiente si se ubica cerca de la sección fría de la línea.
La carbonatación de alimentos y bebidas utiliza CO2 líquido a alta presión y a una temperatura cercana a la ambiente, generalmente de 20 a 25 bares. La precisión y la higiene son los requisitos principales. Los medidores Coriolis DN15 a DN25 con conexiones tri-clamp son estándar en este caso.
Los sistemas de extinción de incendios almacenan CO2 a alta presión (entre 55 y 60 bares a temperatura ambiente) y lo liberan rápidamente. Los caudalímetros de estos sistemas deben gestionar transitorios rápidos. Para la verificación del llenado de los cilindros, se utilizan caudalímetros Coriolis con respuesta de alta frecuencia y salida de totalización por lotes.
Supercrítico La extracción con CO2 (CO2 por encima de 31,1 °C y 73,8 bar) se utiliza en la descafeinización del café, la extracción del lúpulo y el procesamiento farmacéutico. Para este fin se utilizan caudalímetros Coriolis con una capacidad de hasta 200 bar y partes en contacto con el fluido fabricadas con Hastelloy.
La investigación criogénica y los procesos a escala de laboratorio utilizan CO2 líquido a -78 °C directamente del hielo seco o de tanques de almacenamiento criogénico. Esta es la condición más exigente para un caudalímetro. Los caudalímetros Coriolis de pequeño diámetro (DN6 a DN15) con tubos aptos para criogenia son la opción correcta.
Una empresa de investigación en tecnología de la construcción del sudeste asiático se puso en contacto con nosotros recientemente. Realizan experimentos de curado de hormigón a escala de laboratorio mediante la dosificación de CO2 líquido y necesitaban saber con exactitud la cantidad de CO2 que entraba en cada lote de prueba. Su configuración: tubería de 1/2 pulgada, presión de funcionamiento inferior a 100 psi (6,9 bar), caudal de 5 a 80 L/min procedente de un pequeño tanque criogénico en un almacén a 28 °C.
El CO2 sale del tanque a aproximadamente -78 °C. Esto descarta los medidores de turbina, de engranajes ovalados y térmicos por las razones descritas anteriormente. La relación de modulación de 16:1 (de 5 a 80 L/min) descarta la formación de vórtices en el extremo inferior. Un medidor Coriolis DN15 SS316L cubre todo el rango con una precisión del 0,2 % y envía la señal en kg/h directamente al registrador de datos mediante Modbus RTU. No se requiere ningún paso de corrección de densidad en su software.
Recomendamos verificar que la presión de entrada se mantenga por encima de la presión de saturación de CO2 durante todo el proceso para evitar la evaporación instantánea en la entrada del medidor. A -78 °C, el CO2 líquido ya se encuentra cerca de la presión atmosférica de saturación, por lo que el control de la contrapresión en la salida del medidor es importante para obtener lecturas estables.
El acero inoxidable SS316L es estándar para la mayoría. líquido criogénico Aplicaciones de CO2 hasta -196 °C. Para aplicaciones agresivas o de alta pureza, Hastelloy C-22 ofrece una mayor resistencia a la corrosión. Se requieren juntas de PTFE; las juntas estándar de Buna-N o EPDM fallan a temperaturas criogénicas.
Sí. La lectura de densidad en tiempo real del medidor disminuirá drásticamente si el CO2 se convierte en gas dentro del tubo. Algunas configuraciones de PLC utilizan la señal de densidad para activar una alarma o pausar la totalización cuando la densidad cae por debajo de un umbral preestablecido, lo cual es útil para una contabilidad precisa de los lotes.
Los modelos estándar DN15 tienen una presión nominal de 100 bar. Existen versiones de alta presión para la extracción de CO2 supercrítico, con capacidades de hasta 200 bar y 400 bar. Al solicitar un presupuesto, indique la presión máxima de trabajo admisible (MAWP).
El CO2 no es inflamable, por lo que no se requiere certificación ATEX para el medidor en entornos donde solo hay CO2. Si el medidor se instala en una zona clasificada para otros fluidos inflamables cercanos, consulte el plano de clasificación de áreas. La protección IP67 estándar es suficiente para la mayoría de las instalaciones industriales y de laboratorio.
Estándar: 4-20 mA (flujo másico), 4-20 mA (densidad), salida de pulsos (totalización), RS-485 Modbus RTU. Opcional: protocolo HART, PROFIBUS DP. Para la adquisición de datos de laboratorio, Modbus RTU sobre RS-485 suele ser la opción más sencilla de implementar con un adaptador USB-RS485 y software de registro estándar.
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