Medidor de flujo de aceite de alta viscosidad: Cómo seleccionar el medidor adecuado

Para aceites de alta viscosidad, un medidor de engranajes ovalados suele ser la primera opción. Un aceite más denso reduce el deslizamiento entre los engranajes y la cámara, por lo que la precisión se mantiene o mejora a medida que aumenta la viscosidad. El límite es la capacidad de flujo. El flujo máximo debe reducirse a alta viscosidad para mantener la caída de presión y la carga de los engranajes dentro del rango. Un medidor Coriolis es más adecuado cuando el proceso requiere flujo másico o densidad, cuando el aceite contiene sólidos que obstruirían el filtro de un medidor de engranajes o cuando la temperatura del proceso supera la capacidad del medidor. La caída de presión Coriolis también aumenta con la viscosidad, por lo que el tamaño de cualquiera de los medidores debe seleccionarse en función de la viscosidad a la temperatura de operación, no en la condición de referencia.

La tabla que aparece a continuación compara los dos tipos de medidores en aplicaciones con petróleo pesado.

Cómo decidir entre ellos

La selección suele depender de cinco condiciones: la viscosidad a la temperatura de funcionamiento, el rango de caudal requerido, la temperatura del proceso, la limpieza del aceite y el resultado de medición necesario.

1. Compruebe la viscosidad a la temperatura de funcionamiento comparándola con el límite especificado por el medidor, tras convertir los valores de cSt a mPa·s cuando sea necesario.
2. El medidor debe cubrir el caudal máximo requerido a la viscosidad real. Si la reducción de capacidad obliga a utilizar un medidor de engranajes ovalados de mayor tamaño, compare su caída de presión y su costo con los de una opción Coriolis.
3. El calentamiento reduce la viscosidad, pero puede elevar la temperatura del proceso por encima del límite del medidor. Verifique el límite de temperatura de la configuración seleccionada.
4. Los caudalímetros de engranajes ovalados suelen instalarse con un filtro aguas arriba. Si el aceite contiene sólidos grandes o frecuentes que podrían obstruir el filtro o desgastar los engranajes, conviene considerar un caudalímetro sin partes móviles, aunque las partículas abrasivas aún pueden erosionar los tubos Coriolis.
5. El medidor Coriolis es adecuado cuando el proceso requiere un flujo másico o una densidad directa. Si el flujo volumétrico es suficiente y el aceite se encuentra dentro del rango nominal, un medidor de engranajes ovalados suele ser la opción más económica.

La viscosidad del aceite depende de la temperatura.

La viscosidad del aceite cambia significativamente con la temperatura, por lo que para dimensionarlo se debe usar la viscosidad a la temperatura real de funcionamiento.

Una consulta sobre un medidor de flujo de petróleo crudo arrojó dos valores para el mismo petróleo: 9500 cSt a 100 °F y 162 cSt a 210 °F, una diferencia de casi 60 veces. La tubería funcionaba a 30 °C (86 °F), más fría que ambos puntos de referencia. Extrapolando los dos valores con el método de viscosidad y temperatura ASTM D341, se obtiene aproximadamente 21 000 cSt a 30 °C. Un medidor seleccionado en función del valor de 162 cSt habría alcanzado una viscosidad aproximadamente 130 veces mayor que la indicada para su dimensionamiento.

Los datos del aceite suelen indicar la viscosidad cinemática en cSt, mientras que las especificaciones del medidor utilizan la viscosidad dinámica en mPa·s. Para la conversión, multiplique los cSt por la densidad en g/cm³, utilizando valores a la misma temperatura. Por ejemplo, 380 cSt a 50 °C con una densidad de 0,96 g/cm³ equivalen aproximadamente a 365 mPa·s. Esta conversión es especialmente importante cerca del límite de viscosidad del medidor.

Cómo la viscosidad afecta el tamaño de los engranajes ovalados

Un medidor de engranajes ovalados mide el volumen atrapando una cantidad fija de líquido entre los engranajes y la cámara. A medida que aumenta la viscosidad, disminuye la fuga a través de las holguras de los engranajes. Al mismo tiempo, aumenta la caída de presión, lo que reduce la capacidad de flujo disponible a una presión de proceso determinada.

Los datos de LC que se muestran a continuación ilustran cómo varía el caudal nominal con la viscosidad. Los rangos de caudal corresponden a la clase del 0,5 %; la clase del 0,2 % tiene un caudal mínimo superior.

Medidor de engranajes ovalados para aceite de alta viscosidad

La serie LC abarca desde DN10 hasta DN200 y viscosidades de hasta 2000 mPa·s. Los usos típicos de un medidor de engranajes ovalados incluyen fuelóleo marino , aceite lubricante pesado, aceite para engranajes y aceite para procesos de caucho.

A partir de 200 mPa·s, el LC se construye en su configuración de alta viscosidad , por lo que la viscosidad de funcionamiento debe indicarse en la etapa de consulta.

En aceites viscosos, un caudalímetro de mayor tamaño reduce la caída de presión, pero también aumenta el caudal mínimo. El tamaño seleccionado debe cubrir tanto el caudal mínimo como el máximo a la viscosidad de funcionamiento.

El error del medidor varía con la viscosidad del fluido. Los medidores LC superiores a DN50 tienen un ajustador de precisión, por lo que el error se puede corregir según el aceite real.

Las partículas sólidas pueden atascar o desgastar los engranajes, por lo que es común encontrar un filtro aguas arriba en las tuberías de combustible y petróleo crudo.

Bajo caudal con aceite de alta viscosidad

La dosificación de lubricantes, la inyección de aditivos y la alimentación de grasa suelen combinar una alta viscosidad con caudales de tan solo unos pocos mililitros por minuto. Los tamaños convencionales de engranajes ovalados no alcanzan este rango. En el rango de 1000 a 2000 mPa·s, el tamaño más pequeño de LC, el LC-10, comienza en 0,03 m³/h, o aproximadamente 500 ml/min.

La serie LC-M es un caudalímetro micro PD diseñado para este rango. Cubre viscosidades de hasta 2000 mPa·s, y el modelo más pequeño, LC-M2, mide de 0,5 a 150 ml/min. Los modelos más grandes alcanzan los 100 l/min, por lo que la serie se solapa con los tamaños convencionales de LC. La precisión es de ±0,5 % de la escala completa, lo que significa que el error es una cantidad fija en lugar de una parte de la lectura. En el LC-M2, esto es de ±0,75 ml/min, o ±15 % de la lectura a una tasa de dosificación de 5 ml/min. Seleccione el modelo de modo que el caudal normal se encuentre en la parte superior de su rango.

Cuándo el medidor de flujo Coriolis se vuelve más adecuado

Un caudalímetro Coriolis mide el caudal másico directamente y también puede proporcionar mediciones de densidad. Al no tener partes móviles en el recorrido del flujo, resulta adecuado cuando se requiere medir el caudal másico de aceites de alta viscosidad o cuando la caída de presión limita el uso de otros tipos de medidores.

Con aceites viscosos, la caída de presión a través de los tubos de medición puede limitar el rango de caudal útil. El tamaño del medidor debe basarse en la viscosidad real del aceite, el caudal requerido y la caída de presión admisible.

La investigación sobre el crudo pesado que se muestra arriba ilustra cómo funciona esto en la práctica:

• Viscosidad del aceite: 9500 cSt a 100 °F y 162 cSt a 210 °F
• Condiciones de funcionamiento: 30 °C, 12 bar, conexión tri-clamp de 2 pulgadas.
• Viscosidad estimada a 30 °C: aproximadamente 21.000 cSt

Medidor seleccionado: SH-CMF DN50 Coriolis, 316L, precisión del 0,2 %, ATEX, -50 a 150 °C

Con una presión de aproximadamente 20 000 mPa·s, el aceite supera diez veces el límite de tolerancia del engranaje oval LC, por lo que el sistema Coriolis fue la única opción viable de las dos disponibles. El cliente revisó la selección del DN50 con sus equipos de ingeniería y producción antes de proceder a la compra.

Un medidor para diésel y fuelóleo pesado

El diésel funciona a unos 5 mPa·s. El fuelóleo pesado suele superar los 200 mPa·s a su temperatura de funcionamiento, y la diferencia aumenta a medida que el aceite se enfría. El medidor LC se suministra en su versión estándar para diésel y con la opción de alta viscosidad (código N) para fuelóleo pesado, y el error del medidor también varía con la viscosidad. Por este motivo, normalmente no se utiliza un medidor de engranajes ovalados para ambos combustibles. Los sistemas de suministro de combustible para buques suelen especificar medidores separados o utilizar un medidor Coriolis cuando ambos combustibles deben compartir una misma línea.

El fuelóleo pesado también cambia en la misma línea a medida que varía la temperatura. Consideremos una línea DN20 que transporta combustible con una viscosidad nominal de 380 cSt a 50 °C, con un caudal máximo requerido de 2,2 m³/h:

A 50 °C: aproximadamente 365 mPa·s, en la banda de 200 a 1000 mPa·s. LC-20 máximo: 2,1 m³/h.

A 30 °C: se estima entre 1300 y 1900 mPa·s, en el rango de 1000 a 2000 mPa·s. LC-20 máximo: 1,5 m³/h; LC-25 máximo: 3 m³/h.

El LC-20 no alcanza el rendimiento esperado a ambas temperaturas. El LC-25 cubre un caudal de 2,2 m³/h en todo el rango de temperaturas. Seleccione el medidor a la temperatura más baja del combustible, donde la viscosidad es mayor y el límite de caudal es menor.

Límites de temperatura para el aceite pesado caliente

El calentamiento reduce la viscosidad del aceite y mejora su bombeabilidad, pero el medidor también debe soportar la temperatura resultante del proceso.

El fuelóleo pesado muestra cómo esto afecta a la selección. Las consultas típicas incluyen tuberías de 4 pulgadas con caudales de 100 a 160 t/h, con el aceite a 150 °C en algunas tuberías y a 240 °C en otras.

A 150 °C, el fuelóleo pesado suele tener una viscosidad inferior a 200 mPa·s, por lo que el LC funciona dentro de su rango de viscosidad estándar. Con una densidad de aproximadamente 0,90 g/cm³, 100 t/h equivalen a unos 111 m³/h y 160 t/h a unos 178 m³/h. Esto supera el límite de 100 m³/h del DN100 LC, pero el DN150 LC, con un radiador largo, cubre tanto el caudal como la temperatura.

A 240 °C, el LC se encuentra fuera de su rango de temperatura, por lo que se requiere un medidor Coriolis en su versión de 250 °C o 350 °C. El DN100 SH-CMF tiene una capacidad nominal de 160 t/h, por lo que el caudal máximo se sitúa a escala completa; el DN125 tiene una capacidad nominal de 230 t/h. El dimensionamiento final depende de la viscosidad del aceite y de la caída de presión admisible.

Cuando ambas temperaturas de línea requieren el mismo tipo de medidor, Coriolis las cubre con un solo diseño.

En el caso del asfalto y el betún , el control de la temperatura es importante por una razón diferente: el producto puede solidificarse a medida que la línea se enfría. El sistema LC está disponible con una camisa de calentamiento (código U) para mantener el producto fluido durante el apagado y el reinicio.