Los caudalímetros térmicos y ultrasónicos se utilizan ampliamente en la medición de aire comprimido industrial . La elección entre estas dos opciones afecta directamente la precisión del monitoreo del consumo de energía, los costos de operación y mantenimiento, y la estabilidad de la producción. En este artículo, comparamos ambas tecnologías analizando sus principios de funcionamiento, características clave de rendimiento, así como consideraciones de instalación y uso en condiciones reales. Además, le ofrecemos una guía práctica para ayudarle a seleccionar e implementar la solución adecuada.
1. Principio del caudalímetro térmico másico
Como todos sabemos, estos dos tipos de caudalímetros tienen principios de medición diferentes, lo que determina directamente sus condiciones de funcionamiento. El caudalímetro de dispersión térmica para aire comprimido funciona según el principio de conducción térmica y utiliza el método de diferencia de temperatura constante para medir directamente el caudal másico de aire comprimido. El sensor de caudal másico de aire consta de dos resistencias de platino de referencia: una monitoriza la temperatura del aire comprimido y la otra mantiene una diferencia de temperatura constante. El caudal se convierte en función de la tasa de disipación de calor. Una ventaja clave es que no requiere compensación adicional de temperatura ni presión, y puede obtener directamente los datos de caudal másico.
2. Principio del medidor de flujo de gas ultrasónico
Los caudalímetros ultrasónicos para aire utilizan principalmente el método de tiempo de vuelo, que emite ondas sonoras a través de transductores emparejados aguas arriba y aguas abajo, y calcula la velocidad del flujo mediante la diferencia de tiempo entre la propagación hacia adelante y hacia atrás. El caudalímetro ultrasónico para aire comprimido está diseñado para la medición del flujo de aire sin contacto, incluso sin cortar las tuberías para instalar el sensor de flujo de aire, ya que no tiene partes móviles en su interior, y es adecuado para condiciones de trabajo complejas con grandes diámetros y altas presiones.
La clave para la selección reside en hacer coincidir los parámetros de rendimiento con las condiciones de funcionamiento reales. La siguiente tabla compara claramente los indicadores clave de rendimiento de los dos tipos de caudalímetros, abarcando dimensiones esenciales como la precisión, el rango de medición, la resistencia a la presión y la resistencia al calor:
| Indicadores de desempeño | Caudalímetros térmicos de aire comprimido | Medidores de flujo de aire comprimido ultrasónicos |
| Precisión de la medición | ±1% FS, modelos de alta precisión de hasta ±0,5% FS | Tipo general ±1%~±2,5%, tipo de alta precisión ±0,5%~±1% |
| Relación de rango de flujo | Relación típica de 10:1 a 20:1, adecuada para fluctuaciones de caudal pequeñas y medianas. | Relación de 20:1 a 40:1, ventaja significativa de amplio rango, adecuada para grandes fluctuaciones de flujo. |
| Rango de resistencia a la presión | Estándar ≤1,6 MPa, modelos personalizados hasta 4 MPa | Regular ≤10MPa, apto para tuberías industriales de alta presión. |
| Salida de señal | Admite señales de corriente de 4-20 mA, señales de pulso y, en algunos casos, comunicación RS485. | Señal estándar de 4-20 mA (precisión del 0,1 %), ampliable con módulo de transmisión inalámbrica. |
La estandarización de la instalación de los caudalímetros térmicos afecta directamente a la precisión de la medición, y su funcionamiento se basa en el principio de "tramo recto de tubería reservado + profundidad de inserción correcta". El caudalímetro térmico de masa de inserción para aire requiere su inserción en el eje de la tubería, y la longitud de la varilla de medición se ajusta según el diámetro de la misma. Si no se puede insertar completamente, el fabricante debe proporcionar coeficientes de calibración para compensar los errores.
Medidor de flujo másico térmico de inserción:
1. Selección: Se necesitan tramos rectos de tubería antes y después del caudalímetro, con tramos rectos reservados aguas arriba de ≥ 10 veces el diámetro (10D), tramos rectos reservados aguas abajo de ≥ 5D, evitando fuentes de perturbación como codos y válvulas;
2. Base fija al instalar un medidor de flujo másico de tipo inserción: La base (que normalmente la proporciona el proveedor como silverinstruments.com) se suelda a la parte superior de la tubería, asegurando que el eje del orificio pasante sea perpendicular al eje de la tubería;
3. Conexión sellada: Al instalar una válvula de bola específica, se deben usar juntas de nailon para temperaturas medias inferiores a 100 ℃ y juntas de cobre para temperaturas superiores a 100 ℃. Se puede utilizar el sellador de roscas para tuberías Loctite 567 para el sellado;
4. Instalación de la sonda de flujo másico térmico: Afloje la tuerca de retención, inserte la sonda en la tubería hasta la posición de posicionamiento (la sonda normalmente se encuentra en el medio de la tubería), gire la biela para alinear la flecha con la dirección del flujo y apriete la tuerca;
5. Conexión eléctrica para el transmisor digital de flujo másico térmico: Conecte la línea de señal de 4-20 mA según las instrucciones de los manuales de silverinstruments.com y asegúrese de un blindaje y una conexión a tierra adecuados para evitar interferencias electromagnéticas.
Instalación de un caudalímetro térmico másico en línea:
El caudalímetro térmico en línea es más fácil de instalar que el caudalímetro térmico de masa de inserción, y viene preinstalado en un tramo de tubería específico antes de salir de fábrica. Simplemente conecte la tubería según la norma de bridas (GB/T9119-2000) para asegurar que el eje de la tubería sea horizontal con una tolerancia de ≤± 2,5°. Sin embargo, al igual que con el caudalímetro de inserción, la tubería debe estar recta antes y después del caudalímetro.
La instalación del caudalímetro ultrasónico se centra en la disposición del transductor, la sección recta de tubería reservada y el blindaje de la señal. El modelo de método de diferencia de tiempo debe garantizar la instalación simétrica de los transductores aguas arriba y aguas abajo, y que el ángulo entre la dirección de propagación de la onda sonora y el eje de la tubería cumpla con los requisitos del fabricante. Los puntos operativos específicos incluyen:
1. Tramo recto de tubería: Reserve un tramo recto de tubería de ≥ 10D aguas arriba y ≥ 5D aguas abajo, y extiéndalo al aproximarse a la fuente de perturbación;
2. Instalación de transductores: Se pueden utilizar los métodos V y Z para la disposición, a fin de garantizar que la trayectoria de propagación de la onda sonora no esté obstruida, y la superficie de instalación debe estar pulida y plana;
3. Protección eléctrica: La línea de señal de 4-20 mA y la línea de alimentación se colocan por separado, la capa de blindaje está conectada a tierra en un extremo y la adaptación de impedancia es de 0-1 kW;
4. Depuración y calibración: Tras la instalación, es necesario introducir parámetros como el diámetro de la tubería y el espesor de la pared para optimizar la precisión de la medición mediante la calibración in situ.
Durante la instalación en línea, se puede utilizar un punzón específico para lograr un funcionamiento continuo. Durante la instalación con la máquina apagada, es necesario asegurarse de que el eje de perforación sea concéntrico con la base. Si la desviación es demasiado grande, se puede ampliar la abertura para disponer de margen de ajuste.
Para diámetros de tubería pequeños y medianos (como 1/8”, 1/4” o 1/2”) y para la medición de caudales pequeños de alta precisión (como en laboratorios y departamentos de neumática), se prefieren los caudalímetros/controladores térmicos.
Los caudalímetros ultrasónicos ofrecen mayores ventajas en tuberías de gran diámetro (DN80 o superior), en condiciones de alta presión (>4 MPa) o en instalaciones industriales con vibraciones intensas (como las salidas de compresores). Su diseño sin piezas móviles reduce la frecuencia de mantenimiento.
En escenarios de monitorización del consumo energético, si se requiere la adquisición directa de datos de flujo másico, los modelos térmicos son más adecuados; si es necesario tener en cuenta la medición de múltiples gases o condiciones de alta fluctuación del flujo, la amplia velocidad de bits del caudalímetro ultrasónico resulta más práctica.
Si no desea cortar la tubería ni perforar un agujero para instalar un caudalímetro térmico de gas en la misma, puede considerar un caudalímetro ultrasónico de gas.
Algunos usuarios no desean utilizar el caudalímetro durante mucho tiempo y solo necesitan medir el flujo temporalmente. También pueden optar por un caudalímetro ultrasónico portátil.
Sin embargo, los caudalímetros ultrasónicos sin contacto son muy caros, por lo que el presupuesto también es un factor clave para los clientes.
Los caudalímetros térmicos requieren una limpieza periódica de la sonda del sensor para evitar la acumulación de aceite y polvo del aire comprimido, lo que puede provocar una disminución de la eficiencia de la conductividad térmica.
La clave para el buen funcionamiento de la superficie de instalación del caudalímetro ultrasónico reside en evitar que la acumulación de incrustaciones afecte la transmisión de las ondas sonoras. Asimismo, es necesario comprobar periódicamente el estado de la conexión de la línea de señal para prevenir desviaciones en la medición causadas por conexiones flojas.
Ambos tipos de equipos requieren una calibración periódica de la precisión de la señal de salida de 4-20 mA para garantizar la sincronización con los datos del sistema de control.
El fallo más común en los caudalímetros térmicos es la "deriva de medición", que suele deberse a la contaminación de la sonda o a una sección de tubería recta insuficiente. Limpiar la sonda y reajustar su posición de instalación puede solucionar el problema. Si no hay señal de salida, compruebe la continuidad de la fuente de alimentación y del circuito de 4-20 mA. Si el caudalímetro ultrasónico muestra una "señal débil", se debe principalmente a una desviación en la instalación del transductor o a la presencia de burbujas en la tubería. Ajustar el ángulo del transductor o la salida de aire puede restablecer el funcionamiento normal.
Cuando el contenido de humedad del aire comprimido es demasiado alto, el sensor térmico es propenso a la condensación, lo que afecta su precisión y requiere la instalación de un dispositivo de secado; los caudalímetros ultrasónicos deben prestar atención al aislamiento para evitar que la escarcha en la pared interior de la tubería bloquee la propagación de las ondas sonoras.
No existe una superioridad o inferioridad absoluta entre los caudalímetros térmicos y ultrasónicos. La clave reside en adaptarlos a las condiciones de trabajo: los caudalímetros térmicos se eligen para una detección de flujo de alta precisión, bajo coste y a largo plazo, mientras que los caudalímetros ultrasónicos se eligen para caudales elevados, altas presiones y diámetros grandes o para la medición portátil del flujo de aire, aunque su coste es muy elevado. Es fundamental seguir estrictamente los requisitos de la sección recta de la tubería y las especificaciones de sellado durante la instalación, y mantener la limpieza y la calibración de la señal del sensor de enfoque diariamente para maximizar la estabilidad del equipo y la precisión de la medición.
Email
WA
Inquiry
