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Medidores acústicos de flujo: medidores Doppler y Tiempo en Tránsito

Los medidores acústicos de efecto Doppler miden la velocidad de las partículas, ya sean sólidos en suspensión o burbujas de aire, que se desplazan en un fluido en movimiento.

Un transductor emisor emite señales acústicas de frecuencia conocida, que son reflejadas por las partículas en movimiento y que son captadas por un transductor receptor.

Se analizan los cambios de frecuencia que se presentan entre la señal emitida y la recibida y el resultado promedio de estos cambios se relacionan directamente con la velocidad media de las partículas que se están moviendo dentro del fluido, proporcionando de esta manera la velocidad media del flujo.

Existen por lo general dos tipos de medidores ultrasónicos que son empleados para medir el flujo en conductos a presión.

El primero de ellos, denominado TIEMPO EN TRÁNSITO o TRANSIT TIME, emplea señales acústicas mediante la trasmisión de pulsos. En cambio, el de efecto Doppler emplea la trasmisión de una onda continua. Estos dos tipos de medidores pueden ser considerados como complementarios, mas que competitivos. Los medidores acústicos de efecto Doppler fueron considerados más versátiles en un inicio, debido a su funcionalidad en flujos con una gran cantidad de aire y sólidos en suspensión. Sin embargo, y debido al desarrollo de computadoras que permiten la trasmisión de micro-impulsos y una mayor precisión bajo circunstancias difíciles de flujo, los medidores de tiempo en transito han recibido una mayor aceptación en tiempos recientes, siendo desarrollados prototipos con menor costo y mas precisión que los de efecto Doppler.

Aplicaciones de los medidores de flujo de tiempo en tránsito

Sus aplicaciones son muy variadas e incluyen entre otras:

Agua potable: medición de flujo de agua extraída de ríos o fuentes naturales, adición de cloro para potabilización (medición de flujos muy bajos en fluidos altamente corrosivos).

Extracción de petróleo: medición de flujo y detección de fugas en oleoductos.

Industria papelera: medición de flujo de químicos anticoagulantes basados en agua o silicón con alta viscosidad , medición de flujo de sosa cáustica y ácidos.

Plantas generadoras de energía: medición de flujo de agua de enfriamiento, optimización de energía.

Plantas químicas: medición de flujo de ácido sulfúrico concentrado.

Plataformas marinas: separación de crudo y gas natural.

Tratamiento de agua residual: adición de polímeros coagulantes para tratamiento de lodos, medición de flujo de lodos.

Dynamic Consultant ofrece uno de los medidores de flujo tipo Transit Time más populares en el mundo.

Utiliza la señal digital de procesamiento (DSP) en combinación con el principio de correlación digital, su tecnología y características de funcionamiento son excepcionales y su operación es simple. El medidor de flujo es capaz de registrar más de 40,000 puntos de flujo y está programado para diferentes intervalos. Puede ser para operación de hasta 16 horas y es completamente recargable en menos de 8 horas.

Aplicable en: HVAC, agua potable, líquidos ultrapuros, agua deionizada, productos del petróleo, agua tratada y/o residual. Programa o software D'link en ambiente Windows, para análisis de estadísticas de medición de flujo y presentación de gráficas en Excel.

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LOS MEDIDORES DE CAUDAL VOLUMÉTRICO

Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas:
• Directamente (con dispositivos de desplazamiento positivo)
• Indirectamente (Ej, mediante dispositivos de presión diferencial)

Medidores de presión diferencial
• Tubos Venturi
• Placas orificio
• Tubos Pitot
• Codos
• Medidores de área variable
• Medidores de placa

Medidores con accionamiento mecánico
• Medidores de desplazamiento positivo
♦ Medidores de desplazamiento positivo para líquidos

- Medidores de rueda oval
- Medidores helicoidales
    • Medidores de turbina

Otros medidores volumétricos
• Medidores de caudal electromagnético
• Medidores ultrasónicos
     ♦ Medidores ultrasónicos por impulsos
     ♦ Medidores ultrasónicos utilizando el efecto Doppler

MEDIDORES ULTRASÓNICOS

- Medidores ultrasónicos por impulsos
Son los más precisos y se utilizan preferentemente con líquidos limpios, aunque algunos tipos permiten medidas de líquidos con cierto contenido de partículas y gas. El método diferencial de medida por tiempo de tránsito, se basa en un sencillo hecho físico. Si imaginamos dos canoas atravesando un río sobre una misma línea diagonal, una en el sentido del flujo y la otra en contra del flujo, la canoa que se desplaza en el sentido del flujo necesitará menos tiempo para alcanzar su objetivo.
Las ondas ultrasonoras se comportan exactamente de la misma forma.

- Medidores ultrasónicos utilizando el efecto Doppler
El efecto Doppler puede entenderse fácilmente si se considera el cambio que se produce en la frecuencia cuando un tren se mueve hacia un observador. Cuando el tren se acerca, el sonido del tren es percibido por el observador con una graduación de tono más alta, ya que la velocidad del tren da lugar a que las ondas sonoras sean más próximas que si el tren estuviera parado. De igual manera, si el tren se aleja aumenta el espaciamiento, dando como resultado una graduación de tono o frecuencia más baja. Este aparente cambio en la frecuencia se denomina efecto Doppler y es directamente proporcional a la velocidad relativa entre el objeto móvil, el tren, y el observador.

Los medidores ultrasónicos de tipo Doppler utilizan el concepto de que si se deja pasar el ultrasonido en un fluido en movimiento con partículas, el sonido será reflejado de nuevo desde las partículas. La variación de frecuencia del sonido reflejado será proporcional a la velocidad de las partículas.
Al igual que en el caso de los medidores magnéticos, los medidores de caudal por ultrasonidos no presentan obstrucciones al flujo, no dan lugar a pérdidas de carga, por lo que son adecuados para su instalación en grandes tuberías de suministro de agua, donde es esencial que la pérdida de carga sea pequeña. Los transductores son incorporados en el cuerpo del medidor, sin necesidad de juntas de contacto con el fluido. No se necesita tubería en derivación ni válvulas de aislamiento, ya que todos los elementos activos pueden reemplazarse sin contacto alguno con el líquido.

Para tuberías de diámetro superiores a 400 mm ofrecen una solución competitiva.
Respecto a la precisión, los medidores de tipo magnético pueden llegar hasta un ± 0.25% del caudal real, mientras que los de tipo de ultrasonidos hasta un ± 0.5%.
Su fácil instalación reduce los costes de mantenimiento, y además la medición, sin apenas pérdida de carga, reduce los costes energéticos.

Dynamic Consultant ofrece asesoría, equipos e instalación de medidores de flujo ultrasónicos.

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Uno de los aspectos más importantes en el transporte de líquidos es disponer de un sistema eficiente y confiable de medición de los volumenes que se están entregando y recibiendo. Dada la alta variabilidad del volumen del líquido frente a los cambios de presión y temperatura, se requiere de dispositivos de alta tecnología para obtener lecturas instantáneas de flujo con una gran exactitud. Los medidores de flujo ultrasónicos son excelentes para desarrollar este tipo de funciones.

Este tipo de tecnología es novedosa porque permite leer el flujo instantáneo de un líquído a través de una tubería, además de que permite totalizar el volumen. Es de suma importancia mencionar que con ésta tecnología se reducen los costos relacionados con el mantenimiento y debido a su fácil instalación se evita que una empresa interrumpa o pare completamente el proceso, como por ejemplo, el sistema de bombeo en una planta de tratamiento de aguas residuales o un sistema de distribución de agua a comunidades, etc.

En general, estos medidores estan siendo muy demandados por la industria en donde tenga que ver la medición de flujos líquídos, sea agua potable, agua residual, hidrocarburos, productos químicos acuosos, entre otros.

Una empresa líder en tecnología ultrasónica es sin duda Dynamic Consultant, representantes en México de Thermo Electron Corporation, por lo que contactamos al Ing. Alfonso Rojas Ayala, Gerente de Comercialización para que nos hablara más acerca de estos equipos.

“Hay dos tipos de medidores ultrasónicos de flujo”, inició, “el tiempo en tránsito (Transit Time) y el Doppler. La diferencia que existe entre estos dos tipos de medidores es que el Transit Time se utiliza cuando existe contacto con agua potable, agua desionizada o agua purificada, es decir, libre de cualquier partícula suspendida. El equipo Doppler es aplicable en aguas residuales o contaminadas con sólidos o partículas suspendidas, lodos activados, en general líquidos “sucios” que contengan partículas”.

Equipo Doppler Equipo Transit Time

El Ing, Rojas nos habló a cerca del funcionamiento de estos dos tipos de medidores ultrasónicos de flujo. “El principio del funcionamiento para el Transit Time, es el paso de la señal ultrásonica de un sensor a otro y el tiempo registrado de esa señal ultrasónica. Esa velocidad es más rápida a favor de la dirección del fluido, estableciendo así la base de cálculo para que el equipo obtenga la velocidad real del fluido. Para el equipo Doppler, el funcionamiento radica en las partículas suspendidas que se encuentran en el fluido en movimiento. Al pasar la señal de las partículas se registran frecuencias que tienden a ser directamente proporcionales a la velocidad real del fluido que en ese momento esta pasando por la tubería”.

Todos los equipos son digitales, cuentan con un software que le permite al cliente configurar el equipo y obtener la medición en su propia computadora. Para optimizar el trabajo del equipo es necesario especificarle ciertos parámetros como son diámetro interno y externo de la tubería, espesor de la tubería, tipo de fluido, tipo de material de la tubería, “este dato es muy importante porque los medidores ultrasónicos no miden en concreto, debido a que interfieren con la señal y no se puede evaluar el parámetro relacionado con la intensidad de la señal”, nos indicó el Ing. Rojas.

Hay medidores portátiles y permanentes, los portátiles trabajan con batería de entre 8 y 16 horas de duración, para los Transit Time y para el Doppler con baterías entre las 12 y 24 horas de duración.

En cuanto a la exactitud del equipo nos dijo: “en términos de velocidad son para el Transit Time de 0.5% y para el Doppler de 1.0%”.

“Si comparamos nuestros medidores ultrasónicos con otros medidores, los nuestros se distinguen ostensiblemente en cuanto a la tecnología y el costo, ya que ofrecemos productos de la más alta tecnología a precios considerablemente más bajos que un equipo más sofisticado, además que el costo de mantenimiento de este último, supera al de nosotros”, agregó el Ing.

Por mencionar algunas empresas que se han interesado en sus productos están organismos gubernamentales e instituciones de regulación, como son la CNA (Comisión Nacional del Agua), el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, CFE (Comisión Federal de Electricidad), PEMEX (Petróleos Mexicanos), en general todas aquellas empresas que tengan plantas de tratamiento de aguas residuales.

“Nos adaptamos a las necesidades del cliente y tenemos la capacidad de orientarlo para una mejor selección del medidor basándonos en la aplicabilidad y la eficiencia con la que el cliente realizará sus trabajos de medición, además le ofrecemos capacitación al personal sin costo alguno, a excepción de que nuestro personal necesite trasladarse a otra ciudad”, finalizó el Ing. Rojas.

La información en la que basan para ofrecer una mejor recomendación es la siguiente: características de sus aguas; si el fluido para a través de tubería llena, parcialmente llena, canales abiertos y el tipo de material de la tubería, por mencionar algunos.

Dynamic Consultant ofrece el acceso para hacer más eficiente la medición de flujo en plantas de procesamiento o de tratamiento de agua residuales, sistemas de agua potable o redes de distribución, tuberías, líneas de bombeo y descarga, sistemas de manejo de lodos activados o primarios.

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