Introducción
Los caudalímetros se dividen en dos categorías: líquidos y gases. Debido a las diferencias de características entre líquidos y gases, los líquidos suelen medirse en términos de caudal volumétrico, mientras que los gases se miden en términos de caudal másico. Aunque algunos sistemas volumétricos pueden controlar los caudales de gas, el caudal totalizado puede causar problemas. Cuando se mide aire u otros gases, la tecnología de detección de caudal másico suele ser la mejor opción, especialmente en aplicaciones cruciales.
La medición del aire y otros gases en las plantas de fabricación de las industrias de procesos químicos (CPI) es fundamental por diversas razones, como la seguridad, el control de procesos, la calidad del producto, la eficiencia de la producción, el cumplimiento de la normativa medioambiental y los costes. Accidentes graves, paradas de emergencia, mantenimiento no planificado, ralentización de la producción y sobrecostes son posibles consecuencias cuando la medición del aire u otros gases es imprecisa o poco fiable.
Sólo aproximadamente la mitad de los métodos de medición de caudal de gases disponibles en la actualidad son adecuados para las aplicaciones de medición de alta resistencia que se ven en las operaciones CPI más difíciles. En función del material que haya que medir, la precisión deseada, el lugar donde haya que hacerlo, etc., cada tecnología tiene sus propias ventajas e inconvenientes.
Cuando se trata de elegir un caudalímetro para trabajos de medición de gas en plantas CPI, la expresión “la información es poder” se convierte en una consideración clave. La misma tecnología de detección de caudal que se elige para una aplicación en una planta puede ser la elección equivocada para otra aplicación, aunque estén cerca.
En las grandes plantas de IPC, el coste de elegir el caudalímetro equivocado -en términos de mantenimiento adicional, reparaciones y repuestos- puede alcanzar fácilmente las decenas de miles de dólares. El coste de no percibir las pequeñas diferencias en los sistemas de medición de caudal de aire y otros gases puede castigarse si se producen incidentes de seguridad, una mala calidad del producto, un retraso en la producción o dificultades de cumplimiento de la normativa medioambiental.
Aplicaciones comunes de medición
Los caudalímetros se utilizan para determinar el caudal de aire u otros gases, así como el caudal total. Debido a los entornos operativos potencialmente peligrosos que se encuentran en las plantas de CPI, los caudalímetros de gas suelen requerir homologaciones para zonas peligrosas (por ejemplo, HazEx) y con frecuencia se les exige que cumplan la norma IEC 61508/61511 (SIL) como parte de un Sistema Instrumentado de Seguridad (SIS) en muchas aplicaciones. Las siguientes secciones cubren cuatro de las aplicaciones de medición de caudal de gas más típicas y difíciles en instalaciones químicas.
Medición de la distribución de gas
Para los iones inertes, la purga o el blanketing, muchos procesos químicos necesitan enormes volúmenes cambiantes de gases particulares como el nitrógeno, el argón y el oxígeno. Otros gases particulares, como el hidrógeno, pueden ser necesarios como catalizador (Figura 1). Para el control del proceso, el control del inventario de gases y la gestión de costes, se requieren mediciones fiables de estos gases.
Sistemas de combustión
Muchos procesos químicos requieren volúmenes de cambio masivo de ciertos gases como el nitrógeno, el argón y el oxígeno para iones inertes, purga o blanketing. Como catalizador, se necesitarían otros gases, como el hidrógeno (Figura 1). La medición precisa de estos gases es necesaria para el control del proceso, el control del inventario de gases y la gestión de costes.
Blanketing de tanques
Muchos procesos químicos requieren volúmenes de cambio masivo de ciertos gases como el nitrógeno, el argón y el oxígeno para iones inertes, purga o blanketing. Como catalizador, se necesitarían otros gases, como el hidrógeno (Figura 1). La medición precisa de estos gases es necesaria para el control del proceso, el control del inventario de gases y la gestión de costes.
Control de los gases de chimenea
Deben colocarse múltiples sensores de flujo en zonas estratégicas para medir la descarga de gases residuales de la planta a través de enormes chimeneas con sistemas de depuración (Figura 4). El cumplimiento de la normativa medioambiental depende de estos sistemas de gases de chimenea. EPA 10 CFR 40 y 40 CFR 98; Directivas de la U.E. 2003/87/CE y 2007/589/CE; US MMR 30 CFR Parte 250, Subparte K, Sección 250; y otras son algunas de las normas que deben cumplir los sistemas de monitorización continua de emisiones en chimenea (CEMS).
Retos del flujo de gas
Los ingenieros de procesos e instrumentación se enfrentan a obstáculos cuando trabajan en aplicaciones que requieren una medición precisa y fiable del caudal de gas. Las siguientes secciones repasan varios aspectos que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar una tecnología de medición o detección de caudal.
Caudales bajos y altos
Para descubrir y controlar las válvulas con fugas y el funcionamiento regular a bajo caudal asociado a las operaciones cotidianas, es necesaria la sensibilidad a las circunstancias de bajo caudal. Durante las perturbaciones del sistema, se requiere la capacidad de medir caudales muy elevados, lo que exige el uso de un medidor de vórtice que pueda medir correctamente el caudal en un rango de reducción muy amplio.
Calibración de contadores
Los caudalímetros vortex deben calibrarse especialmente para gases con composición de hidrocarburos y para que correspondan a las condiciones reales del proceso.
Grandes tamaños de línea
El número de tecnologías de detección de caudalímetros funcionales y aceptables disminuye a medida que aumenta la anchura de las tuberías. A la hora de seleccionar un caudalímetro para tuberías más largas, se requieren consideraciones específicas.
Tramo recto disponible
Para que la medición del caudal sea fiable, todos los sistemas de caudalímetros basados en la velocidad necesitan un tramo recto de tubería tanto aguas arriba como aguas abajo del caudalímetro. En operaciones de producción y procesamiento con gran afluencia de personas, estos estándares de tramo recto pueden ser imposibles de cumplir.
Acceso limitado
A menudo es difícil acceder y volver a acceder a las tuberías para su instalación, mantenimiento o reparación. Los caudalímetros de carrete, por ejemplo, pueden requerir largas paradas del proceso y elevados costes de personal in situ para su instalación y mantenimiento, en comparación con los caudalímetros de inserción, que pueden insertarse o extraerse rápidamente del proceso mediante una válvula de bola.