Caudalímetros para líneas de retorno de agua, aceite y combustible diésel.

Respuesta rápida

Para sistemas de refrigeración de motores y generadores con tres líneas de retorno independientes, el tipo de caudalímetro adecuado depende del fluido. Utilice un caudalímetro de turbina para la línea de retorno de agua (DN80 / 3 pulgadas, 225-2250 l/min, densidad relativa 1,0, 0,75 cP) y la línea de retorno de aceite (DN25 / 1 pulgada, 26-266 l/min, densidad relativa 0,88, 20 cP). Utilice un caudalímetro de engranajes ovalados para la línea de retorno de diésel (DN15 / media pulgada, 1-200 l/h) donde la viscosidad sea moderada y los caudales bajos. Los tres tipos admiten una salida de 4-20 mA o 0-10 V a 24 V CC.

Los circuitos de refrigeración del motor y los grupos electrógenos suelen tener tres líneas de retorno de fluido independientes hacia los depósitos o intercambiadores de calor: una de agua (refrigerante), otra de aceite lubricante y otra de gasóleo. Cada una tiene un diámetro de tubería, un rango de caudal, una viscosidad y una densidad diferentes. Un tipo de medidor incorrecto en cualquiera de estas tres líneas es una causa común de problemas de instrumentación en la planta.

Esta guía explica cómo seleccionar los caudalímetros para cada línea de retorno, qué especificaciones se deben confirmar antes de realizar el pedido y por qué los caudalímetros de turbina funcionan con agua y aceite, pero los caudalímetros de engranajes ovalados son la opción adecuada para el diésel de bajo caudal.

Comprender las tres líneas de retorno

La línea de retorno de agua transporta el agua de refrigeración desde el intercambiador de calor o radiador hasta el depósito o torre de refrigeración. Los caudales son elevados y la viscosidad baja, generalmente alrededor de 0,75 cP a la temperatura de funcionamiento. Una tubería de 3 pulgadas (DN80) con un caudal de 225 a 2250 l/min es ideal para un medidor de turbina: el rango de velocidad es lo suficientemente amplio como para proporcionar una señal fiable, y el agua es lo suficientemente limpia como para prolongar la vida útil de los cojinetes de la turbina.

La línea de retorno de aceite es diferente. El aceite lubricante a 20 cP es aproximadamente de 20 a 25 veces más viscoso que el agua. Esto afecta la selección del medidor y el rango de flujo válido, especialmente para los medidores de turbina. Una tubería de 1 pulgada (DN25) con un caudal de 26 a 266 LPM aún se encuentra dentro del rango de viscosidad de funcionamiento del medidor de turbina, pero solo si el caudal mínimo no se reduce demasiado.

El retorno de diésel es el más exigente de los tres. Los caudales en una línea de retorno de diésel desde un inyector o circuito de suministro de combustible suelen ser mucho menores de lo esperado: de 1 a 200 L/h es un caudal muy pequeño, y 1 L/h en una tubería de media pulgada corresponde a una velocidad extremadamente baja. Los caudalímetros de turbina no giran de forma fiable a esa velocidad. Los caudalímetros de engranajes ovalados sí.

Caudalímetro de turbina para la línea de retorno de agua (3 pulgadas / DN80)

La velocidad al caudal mínimo (225 l/min en DN80) es de aproximadamente 0,74 m/s. La mayoría de los caudalímetros de turbina industriales comienzan a generar una señal fiable por encima de 0,3 m/s, por lo que existe un margen adecuado en el extremo inferior. Al caudal máximo (2250 l/min), la velocidad ronda los 7,4 m/s, lo que se encuentra dentro de los límites de funcionamiento normales de los caudalímetros de turbina. La relación de reducción en este caso es de 10:1, que los caudalímetros de turbina manejan sin problemas.

Sistema SCADA de caudalímetro

Las opciones de salida son de 4-20 mA para entradas PLC analógicas o de 0-10 V para sistemas que prefieren señales de voltaje. Ambas salidas representan el rango completo de flujo de forma lineal. Para un sistema de refrigeración donde se desea visualizar el caudal exacto en una pantalla SCADA o activar una alarma por bajo caudal, la salida de 4-20 mA es la opción más común, ya que es menos susceptible a la caída de voltaje en cables largos.

Nota importante sobre la instalación: los medidores de turbina requieren un tramo recto aguas arriba de 10 diámetros de tubería y un tramo aguas abajo de 5 diámetros para mantener un perfil de velocidad simétrico. En instalaciones con espacio reducido cerca de la descarga de una bomba o una válvula, este es el primer aspecto a verificar antes de especificar un medidor de turbina con brida.

Caudalímetro de turbina para la línea de retorno de aceite (1 pulgada / DN25)

A partir de los 20 cP, los ingenieros comienzan a preguntarse si un medidor de turbina sigue siendo la opción adecuada. La respuesta es sí, siempre que la velocidad mínima del flujo se mantenga por encima del umbral de arranque corregido por viscosidad. A 20 cP, el rendimiento de un medidor de turbina a bajo caudal disminuye en comparación con el servicio de agua: la fricción de los cojinetes del rotor es mayor, por lo que necesita una velocidad de fluido más rápida para comenzar a girar de forma constante.

Para una tubería de 1 pulgada (DN25) con un caudal mínimo de 26 LPM, la velocidad en ese caudal es de aproximadamente 0,92 m/s. Esto supera el umbral de arranque práctico para un caudalímetro de turbina industrial bien diseñado de 20 cP. El caudal máximo, de 266 LPM, es de aproximadamente 9,4 m/s. La relación de modulación es, de nuevo, de aproximadamente 10:1.

La temperatura del proceso es más importante aquí que en la línea de agua. El aceite lubricante en un circuito de motor puede alcanzar entre 80 y 100 °C. El material del cuerpo del medidor de turbina y el material del cojinete del rotor deben coincidir. El cuerpo de acero al carbono o acero inoxidable con cojinetes de carburo de tungsteno o cerámica es estándar para el servicio de aceite lubricante. Especificar un material de cojinete incorrecto es una causa común de falla prematura en los medidores de turbina de aceite en aplicaciones de salas de generadores.

Si el aceite contiene partículas contaminantes (residuos metálicos de desgaste, depósitos de carbono), es recomendable instalar un filtro grueso antes del caudalímetro de la turbina. Los cojinetes del rotor de la turbina no están diseñados para soportar partículas finas abrasivas de forma continua.

¿Por qué la línea de retorno de diésel necesita un medidor de engranajes ovalados?

Aquí es donde la mayoría de los ingenieros se equivocan al especificar por primera vez un sistema de tres líneas. El caudal de retorno de diésel de 1 a 200 L/h en una tubería de media pulgada (DN15) parece similar a las otras dos líneas sobre el papel. Pero no lo es.

Un litro por hora (LPH) en una tubería DN15 equivale a una velocidad de aproximadamente 0,0016 m/s. Esta velocidad es muy inferior a la velocidad mínima de arranque de cualquier caudalímetro de turbina. Un rotor de turbina no girará a esa velocidad, independientemente de su calidad de fabricación. Los caudalímetros de engranajes ovalados funcionan con un principio completamente diferente: dos rotores ovalados engranan dentro de una cámara mecanizada con precisión. Cada rotación del par de rotores desplaza un volumen fijo de fluido. El caudalímetro cuenta las rotaciones mecánicamente, sin umbral de velocidad mínima. Funciona con precisión desde 1 LPH hasta caudales aún menores, según el modelo.

El rango de regulación de 200:1 de un medidor de engranajes ovalados cubre todo el rango de 1 a 200 L/h con una precisión constante. Por ello, los medidores de engranajes ovalados son el estándar para el monitoreo del consumo de diésel en grupos electrógenos de centros de datos, hospitales y plantas industriales en el sudeste asiático y Oriente Medio.

Un problema práctico con los medidores de engranajes ovalados en las líneas de retorno de diésel es que el diésel puede contener burbujas de aire en el circuito de retorno, especialmente si la contrapresión del inyector es baja. El aire en un medidor de desplazamiento positivo puede provocar lecturas erróneas. Instalar un pequeño eliminador de aire antes del medidor elimina esta fuente de error. La mayoría de los clientes no lo hacen en la primera instalación y luego vuelven a contactarnos al observar lecturas inesperadamente altas. Esto lo vemos con frecuencia en proyectos de líneas de retorno de diésel.

Comparación:

Turbina frente a engranaje ovalado para aplicaciones de línea de retorno

Salida de señal: 4-20 mA frente a 0-10 V

En esta aplicación, tanto los medidores de turbina como los de engranajes ovalados están disponibles con salida analógica de 4-20 mA o 0-10 V. La elección depende del receptor.

El rango de 4-20 mA es el estándar para las entradas analógicas de PLC y DCS industriales. El cero activo (4 mA = flujo cero) significa que un cable roto registra una corriente inferior a 4 mA, lo que activa una alarma de falla en lugar de mostrar un flujo cero. Es posible utilizar cables de hasta varios cientos de metros sin errores de caída de tensión. La mayoría de los ingenieros en aplicaciones de generadores y monitoreo de energía utilizan el rango de 4-20 mA por esta razón.

La salida de 0-10 V es adecuada para cables cortos y algunas tarjetas de entrada SCADA que prefieren señales de voltaje. La integridad de la señal se degrada en cables largos debido a la resistencia, por lo que se recomienda que los cables de 0-10 V no superen los 30 metros siempre que sea posible. Si el panel de control se encuentra en la misma sala que los medidores, la salida de 0-10 V es suficiente.

Algunos modelos admiten ambas salidas simultáneamente o permiten alternar entre ellas mediante un interruptor DIP o un menú de configuración. Confirme esto al realizar el pedido si el cliente desea mayor flexibilidad en el futuro.

Resumen de instalación para sistemas de tres líneas

Línea de retorno de agua (turbina de 3 pulgadas)

Montar en línea horizontal con el eje del rotor en posición horizontal. Dejar un tramo recto de 10 x DN aguas arriba y 5 x DN aguas abajo. Evitar la instalación aguas abajo de una válvula de estrangulamiento parcialmente abierta. Instalar una válvula de aislamiento aguas arriba y aguas abajo para facilitar el mantenimiento. Conectar una señal de 4-20 mA a la entrada analógica del PLC; 4 mA = 0 LPM, 20 mA = LPM máximo según la configuración.

Línea de retorno de aceite (turbina de 1 pulgada)

Los requisitos para la instalación en línea recta son los mismos que para el contador de agua. Instale un filtro en Y aguas arriba, con la capacidad adecuada para el diámetro de la tubería y la presión de funcionamiento. Confirme que el material del cojinete sea compatible con el aceite lubricante a la temperatura máxima del proceso. Si la línea de retorno funciona a temperaturas cercanas a los 80-100 °C, especifique un contador con opción de electrónica para altas temperaturas o una carcasa para transmisor remoto.

Línea de retorno de diésel (engranaje ovalado de media pulgada)

Instálelo en cualquier orientación. Coloque un filtro fino (de 100 micras o menos) aguas arriba. Considere un eliminador de aire si el circuito de combustible tiene baja contrapresión o funciona de forma intermitente. Confirme los materiales de construcción: la mayoría de los medidores de engranajes ovalados para diésel utilizan de serie un cuerpo de aluminio con juntas de NBR, compatible con diésel convencional y gasóleo ligero. Para mezclas de biodiésel superiores a B20, especifique juntas de PTFE o FKM.

Recomendaciones de productos de Silver Instruments

Silver Automation Instruments suministra caudalímetros de turbina y de engranajes ovalados para los tres tipos de líneas de retorno, disponibles en stock. Las opciones de personalización incluyen el estándar de conexión al proceso (brida ANSI/DIN o rosca NPT/BSP), el material del cuerpo (aluminio, acero al carbono, acero inoxidable 316L) y el material de la junta (NBR, FKM, PTFE).