Caudalímetro de engranajes ovalados para betún caliente

Caso de éxito: Caudalímetro de engranajes ovalados para betún caliente: DN150 con camisa de calentamiento por vapor. Tubería de 6 pulgadas | Temperatura máxima: 200 °C | Camisa térmica externa | Dosificación de asfalto de alta viscosidad

Respuesta rápida

Para la dosificación de betún en tuberías DN150 (6 pulgadas) a temperaturas de hasta 200 °C, un caudalímetro de engranajes ovalados con camisa es la opción ideal. La camisa de calentamiento externa, ya sea de vapor o de aceite térmico, mantiene el betún por encima de su punto de fluidez en toda la cámara de medición, evitando así el aumento repentino de la viscosidad y el bloqueo del mecanismo de engranajes. Silver Instruments suministra caudalímetros de engranajes ovalados con camisa DN150, con capacidad para hasta 200 °C, conexiones de proceso con bridas y salida de 4-20 mA de serie. Ningún otro tipo de desplazamiento positivo ofrece una fiabilidad comparable para este diámetro de tubería en aplicaciones con asfalto caliente.

La investigación

Tom Hanf, gerente de compras de Catbridge (con sede en Nueva Jersey, EE. UU.), contactó a Silver Instruments para solicitar un presupuesto de un caudalímetro de engranajes ovalados para el transporte de betún caliente en una tubería de 6 pulgadas. La temperatura máxima de operación era de 200 °C. Preguntó específicamente sobre la opción con camisa, lo que nos indicó que su equipo ya comprendía el problema fundamental de la medición de betún: si el fluido se enfría dentro del medidor, deja de fluir y el medidor se bloquea.

Catbridge es fabricante de maquinaria para recubrimiento y laminado. Entre sus procesos se incluyen adhesivos termofusibles, recubrimientos a base de asfalto y sistemas de polímeros viscosos. Una tubería de betún de 15 cm a 200 °C representa un serio desafío para la dosificación. Los caudales son moderados, pero el fluido es muy exigente.

Hemos presentado solicitudes similares para contratistas de construcción de carreteras en el sudeste asiático y operadores de plantas de asfalto en Oriente Medio. El modo de fallo es casi siempre el mismo: alguien instala un medidor sin camisa, la tubería se enfría durante una parada y la cámara de engranajes se llena de betún sólido. La solución consiste en extraer el medidor, calentarlo externamente y esperar que los engranajes no se hayan deformado.

Condiciones de aplicación

Por qué Oval Gear es el medidor adecuado para betún a DN150

La viscosidad del betún no es un valor fijo. A 200 °C, puede ser de 150 cP. Si la temperatura baja a 130 °C, la viscosidad puede alcanzar los 2000 cP o más, según el grado. Por debajo de los 80 °C, la mayoría de los betunes son semisólidos. Ninguna tecnología de caudalímetro maneja este rango de forma fiable, excepto los caudalímetros de desplazamiento positivo y los de Coriolis.

Cómo funciona el caudalímetro de engranajes ovalados para la medición del betún

Los medidores de engranajes ovalados miden contando volúmenes discretos de fluido desplazados por dos engranajes en forma de ocho giratorios. No se ven afectados por los cambios de viscosidad como los medidores electromagnéticos o de vórtice. De hecho, una mayor viscosidad mejora el sellado entre los engranajes y la pared de la cámara, lo que significa que la precisión puede ser mejor en condiciones de arranque en frío que a temperatura de funcionamiento normal.

La camisa térmica resuelve un problema diferente. No se trata de precisión durante el funcionamiento normal, sino de resistencia durante paradas, periodos de flujo lento y caídas de temperatura ambiente. La camisa mantiene el fluido en constante movimiento dentro del cuerpo del medidor. En una tubería de 6 pulgadas que transporta asfalto caliente, la masa térmica del fluido dentro del medidor es considerable. Sin la camisa, el enfriamiento se produce más rápido de lo que la mayoría de los operadores esperan.

En el modelo DN150, el mecanismo de engranajes ovalados es físicamente grande. Los engranajes están mecanizados en acero aleado y el cuerpo suele ser de hierro fundido o hierro dúctil. Esta construcción soporta los ciclos térmicos de los sistemas de calefacción por vapor sin deformarse. Los medidores con cuerpo de aluminio, comunes en tamaños más pequeños, no son adecuados para este modelo.

Modelo recomendado: Caudalímetro de engranajes ovalados LC-150 para betún

Silver Instruments suministra la serie LC-150 en DN150 con la opción de camisa térmica como configuración estándar. Especificaciones clave para esta aplicación:

¿Qué ocurre sin una chaqueta térmica? Fallos comunes

La mayoría de las fallas en los medidores de betún por las que nos llaman siguen un patrón predecible. La instalación original utilizó un medidor de desplazamiento positivo estándar sin camisa porque era más barato y el ingeniero asumió que el rastreo de la línea por sí solo mantendría el medidor caliente. En la práctica:

• Bloqueo de la caja de cambios al reiniciar:Tras una parada nocturna o de fin de semana, el betún dentro del cuerpo del medidor se enfría y se espesa. Al reiniciarse, la presión de la bomba no puede superar la resistencia y, o bien el eje del engranaje se rompe, o bien el motor se dispara por sobrecorriente.
• Agrietamiento por choque térmico:Algunos operarios intentan recuperar un contador atascado aplicando calor directamente sobre la carcasa con una pistola de aire caliente o un soplete. El hierro fundido no tolera bien el calentamiento rápido y localizado. Es frecuente que se produzcan grietas en la carcasa o en la cámara de engranajes.
• Fallo de los cojinetes por arranques en frío:Incluso cuando la línea finalmente se despeja, los arranques en frío repetidos aceleran el desgaste de los cojinetes. Un medidor con camisa que mantiene una temperatura de funcionamiento constante durará mucho más en el servicio de betún que uno que dependa únicamente de la temperatura del proceso.

La camisa térmica incrementa el costo del medidor. En una tubería de betún de 6 pulgadas, el costo adicional es considerablemente menor que el de una sola parada no planificada para el reemplazo del medidor.

Otros tipos de medidores considerados y por qué no se recomendaron.

Caudalímetro Coriolis: Sinceramente, si el presupuesto no fuera un factor, el Coriolis sería la primera opción para la dosificación de betún en cualquier diámetro de tubería. Mide el caudal másico directamente, sin piezas móviles que se desgasten por la fricción con un fluido viscoso, sin necesidad de compensación de densidad y con una precisión del 0,1-0,2% independientemente de las variaciones de viscosidad durante las fluctuaciones de temperatura. Para aplicaciones de transferencia de custodia, donde cada tonelada de betún tiene un valor monetario, esa precisión es crucial. El problema es el precio. Un caudalímetro Coriolis DN150 para servicio a 200 °C con la opción de alta temperatura adecuada cuesta entre tres y cuatro veces más que una unidad de engranajes ovalados con camisa del mismo tamaño. Para una aplicación de dosificación en producción o carga por lotes, donde una precisión del 0,5% es aceptable, esa diferencia de precio es difícil de justificar. Hemos suministrado caudalímetros Coriolis en líneas de betún DN25 y DN50 para uso en laboratorio y control de calidad, donde el diámetro de la tubería mantiene el coste unitario razonable. En DN150, la mayoría de los clientes optan por engranajes ovalados y utilizan el ahorro en otros componentes. Sinceramente, si el presupuesto no fuera un factor determinante, Coriolis sería la primera opción para la dosificación de betún en cualquier diámetro de tubería.

Caudalímetro de vórtice: No apto. El vórtice requiere un número de Reynolds mínimo para un desprendimiento fiable. El betún a 200 °C en una tubería DN150 puede caer por debajo de este umbral a caudales bajos. La precisión se degrada de forma impredecible.

Caudalímetro magnético: El betún no es conductor de electricidad. Los caudalímetros electromagnéticos requieren una conductividad mínima de aproximadamente 5 µS/cm. El betún no cumple con este requisito. Se descarta de inmediato.

Caudalímetro de turbina: Los cojinetes de la turbina se desgastan rápidamente en aplicaciones con fluidos de alta viscosidad. La geometría de las palas, que funciona con hidrocarburos ligeros, no es adecuada para aplicaciones con asfalto. No se recomienda su uso por encima de 500 cP.