Un medidor de flujo másico , también conocido como medidor de flujo inercial, es un dispositivo que mide la tasa de flujo másico de un fluido que viaja a través de un tubo. El caudal másico es la masa del fluido que pasa por un punto fijo por unidad de tiempo.
El caudalímetro másico no mide el volumen por unidad de tiempo (por ejemplo, metros cúbicos por segundo) que pasa a través del dispositivo; mide la masa por unidad de tiempo (por ejemplo, kilogramos por segundo) que fluye a través del dispositivo. El caudal volumétrico es el caudal másico dividido por la densidad del fluido . Si la densidad es constante, entonces la relación es simple. Si el fluido tiene densidad variable, entonces la relación no es simple. La densidad del fluido puede cambiar con la temperatura, la presión o la composición, por ejemplo. El fluido también puede ser una combinación de fases, como un fluido con burbujas arrastradas. La densidad real se puede determinar debido a la dependencia de la velocidad del sonido en la concentración de líquido controlada. [1]
Principio de funcionamiento de un caudalímetro Coriolis
Hay dos configuraciones básicas del medidor de flujo Coriolis: el medidor de flujo de tubo curvo y el medidor de flujo de tubo recto . Este artículo analiza el diseño de tubo curvo.
Las animaciones de la derecha no representan un diseño de medidor de flujo Coriolis realmente existente. El propósito de las animaciones es ilustrar el principio operativo y mostrar la conexión con la rotación.
Se bombea fluido a través del caudalímetro másico. Cuando hay flujo másico, el tubo se tuerce ligeramente. El brazo a través del cual fluye el fluido alejándose del eje de rotación debe ejercer una fuerza sobre el fluido, para aumentar su momento angular, por lo que se dobla hacia atrás. El brazo a través del cual se empuja el fluido hacia el eje de rotación debe ejercer una fuerza sobre el fluido para disminuir el momento angular del fluido nuevamente, por lo tanto, ese brazo se inclinará hacia adelante. En otras palabras, el brazo de entrada (que contiene un flujo dirigido hacia afuera), está rezagado con respecto a la rotación general, la parte que en reposo es paralela al eje ahora está sesgada, y el brazo de salida (que contiene un flujo dirigido hacia adentro) lidera la rotación general. rotación.
La animación de la derecha representa cómo se diseñan los medidores de flujo másico de tubo curvo. El fluido se conduce a través de dos tubos paralelos. Un actuador (no mostrado) induce contra vibraciones iguales en las secciones paralelas al eje, para hacer que el dispositivo de medición sea menos sensible a las vibraciones externas. La frecuencia real de la vibración depende del tamaño del caudalímetro másico y varía de 80 a 1000 Hz. La amplitud de la vibración es demasiado pequeña para ser vista, pero se puede sentir al tacto.
Cuando no fluye fluido, el movimiento de los dos tubos es simétrico, como se muestra en la animación de la izquierda. La animación de la derecha ilustra lo que sucede durante el flujo másico: algunos torsiones de los tubos. El brazo que aleja el flujo del eje de rotación debe ejercer una fuerza sobre el fluido para acelerar la masa que fluye a la velocidad de vibración de los tubos en el exterior (aumento del momento angular absoluto), por lo que está rezagado con respecto a la vibración general. El brazo a través del cual se empuja el fluido hacia el eje de movimiento debe ejercer una fuerza sobre el fluido para disminuir la velocidad angular absoluta del fluido (momento angular) nuevamente, por lo tanto, ese brazo lidera la vibración general.
El brazo de entrada y el brazo de salida vibran con la misma frecuencia que la vibración general, pero cuando hay flujo másico, las dos vibraciones no están sincronizadas: el brazo de entrada está detrás, el brazo de salida está adelante. Las dos vibraciones cambian de fase entre sí, y el grado de cambio de fase es una medida de la cantidad de masa que fluye a través de los tubos y la línea.
Medidas de densidad y volumen
El flujo másico de un medidor de flujo de Coriolis en forma de U se da como:
donde K u es la rigidez del tubo dependiente de la temperatura, K un factor dependiente de la forma, d el ancho, τ el retardo de tiempo, ω la frecuencia de vibración e I u la inercia del tubo. Como la inercia del tubo depende de su contenido, es necesario conocer la densidad del fluido para calcular un caudal másico preciso.
Si la densidad cambia con demasiada frecuencia para que la calibración manual sea suficiente, el medidor de flujo Coriolis también se puede adaptar para medir la densidad. La frecuencia de vibración natural de los tubos de flujo depende de la masa combinada del tubo y el fluido que contiene. Al poner el tubo en movimiento y medir la frecuencia natural, se puede deducir la masa del fluido contenido en el tubo. Dividir la masa en el volumen conocido del tubo nos da la densidad del fluido.
Una medición de densidad instantánea permite calcular el flujo en volumen por tiempo dividiendo el flujo másico por la densidad.
Calibración
Tanto las mediciones de flujo másico como de densidad dependen de la vibración del tubo. La calibración se ve afectada por cambios en la rigidez de los tubos de flujo.
Los cambios en la temperatura y la presión harán que cambie la rigidez del tubo, pero estos pueden compensarse mediante factores de compensación de intervalo y cero de temperatura y presión.
Los efectos adicionales sobre la rigidez de los tubos provocarán cambios en el factor de calibración a lo largo del tiempo debido a la degradación de los tubos de flujo. Estos efectos incluyen picaduras, grietas, revestimientos, erosión o corrosión. No es posible compensar estos cambios dinámicamente, pero se pueden realizar esfuerzos para monitorear los efectos mediante la calibración regular del medidor o verificaciones de verificación. Si se considera que ha ocurrido un cambio, pero se considera aceptable, la desviación puede agregarse al factor de calibración existente para asegurar una medición precisa continua.
Ver también
Referencias
- ^ Naumchik IV; Kinzhagulov I.Yu .; Kren А.P .; Stepanova К.А. (2015). "Caudalímetro másico para líquidos" . Revista Científica y Técnica de Tecnologías de la Información, Mecánica y Óptica . 15 (5): 900–906.