Una vez, un cliente nos envió un gráfico de tendencias de una línea de dosificación de productos químicos que mostraba una lectura de caudalímetro que subía casi un 0,3 % de la escala completa durante un solo turno de producción - con las válvulas cerradas y un flujo real nulo. La planta ya había descartado problemas de puesta a tierra y burbujas de aire. Lo que no habían tenido en cuenta era que la temperatura del fluido en esa línea oscilaba casi 15 grados entre lotes, y esa oscilación por sí sola fue suficiente para arrastrar el punto cero fuera de su línea de base.
Este es un problema más común de lo que la gente espera y vale la pena comprenderlo adecuadamente antes de mirar un gráfico similar preguntándose qué le pasa a su medidor.
Qué significa realmente la estabilidad del punto cero-
El punto cero es cualquier lectura que produce un caudalímetro cuando realmente no hay fluido moviéndose a través de él. En un mundo ideal, ese número se sitúa exactamente en cero y permanece allí. En la práctica, a veces se desvía - por un pelo, a veces lo suficiente como para alterar la facturación-la medición del grado o un proceso de dosificación estrictamente controlado.
La estabilidad del punto cero-es más importante en aplicaciones donde los bajos caudales tienen consecuencias reales: dosificación de productos químicos, dosificación de alimentos y bebidas, tratamiento de aguas residuales y medición de transferencia de custodia. Un medidor que funciona perfectamente con un flujo alto aún puede causar problemas costosos si su punto cero se desvía durante períodos de inactividad o fases de flujo lento-.
También es uno de los problemas más difíciles de detectar a tiempo, porque un cambio de punto cero-a menudo parece idéntico a una fuga realmente lenta o a una válvula que no está completamente asentada. Los equipos de mantenimiento frecuentemente pasan horas buscando una falla mecánica antes de que alguien verifique si la temperatura del fluido en el momento de la última calibración coincide con la temperatura a la que el proceso está funcionando en ese momento.
Cómo mide el caudal un caudalímetro electromagnético
El principio de funcionamiento es la ley de inducción electromagnética de Faraday. Una bobina dentro del medidor genera un campo magnético a través de la tubería. A medida que el fluido conductor se mueve a través de ese campo, induce un voltaje entre dos electrodos, y ese voltaje es directamente proporcional a la velocidad del fluido. Sin piezas móviles ni obstrucciones en la ruta del flujo -, lo cual es una gran parte del motivo por el cual estos medidores son populares para agua, aguas residuales y muchos procesos químicos.
El problema es que esta cadena de medición tiene varios eslabones y la temperatura del fluido puede interferir silenciosamente con más de uno de ellos a la vez.
Tres formas en que la temperatura altera el punto cero
Expansión no coincidente entre el revestimiento y los electrodos
El revestimiento de la tubería y los electrodos suelen estar hechos de diferentes materiales y no se expanden ni se contraen al mismo ritmo cuando cambia la temperatura. Si el revestimiento se expande más rápido que el soporte del electrodo, ejerce tensión mecánica sobre los electrodos y puede cambiar su posición en una cantidad muy pequeña pero mensurable. Ese pequeño movimiento cambia la forma en que los electrodos se asientan en relación con el campo magnético, y el voltaje inducido cambia junto con él - incluso con el fluido completamente quieto.
Cambios en la conductividad de los fluidos
La mayoría de los fluidos conductores se vuelven más conductores a medida que aumenta la temperatura. Dado que la señal del caudalímetro depende de que el fluido actúe como conductor en movimiento dentro del campo magnético, cualquier cambio en esa conductividad puede alterar el voltaje inducido independientemente de la velocidad real del flujo. Por lo tanto, un fluido que se calienta a mitad del-proceso puede hacer que el medidor informe una pequeña lectura distinta de-cero durante lo que debería ser una condición estática, sin-flujo - una de las causas más frecuentemente documentadas de deriva del punto cero-en las guías de solución de problemas de campo.
Deriva de bobinas y electrónica
La bobina de excitación que genera el campo magnético tiene su propia resistencia y la resistencia cambia con la temperatura. Un cambio en la resistencia de la bobina cambia la fuerza del campo magnético, lo que cambia el voltaje inducido que captan los electrodos. Además de eso, los amplificadores y los componentes electrónicos-de procesamiento de señales dentro de la carcasa del transmisor son en sí mismos-sensibles a la temperatura; Los componentes como amplificadores operacionales y convertidores A/D pueden experimentar cambios de ganancia y deriva de voltaje de polarización a medida que cambia la temperatura ambiente o del proceso, y estos pequeños errores electrónicos se amplifican aguas abajo hasta un cambio cero visible.
Un ejemplo de campo
Una operación de procesamiento químico de tamaño-mediano estaba ejecutando uncaudalímetro electromagnéticoen una línea de solución caliente donde las temperaturas de los lotes variaban aproximadamente entre 10 y 15 grados según el producto que se procesaba. Los operadores notaron que el totalizador de flujo siguió acumulando pequeños volúmenes durante la noche, incluso con todas las válvulas confirmadas cerradas. El medidor en sí no estaba defectuoso - el punto cero simplemente seguía la curva de temperatura del fluido a lo largo de cada ciclo del lote.
La solución no implicó reemplazar el medidor. El cambio a un transmisor con compensación activa de temperatura, combinado con un procedimiento de re-puesta a cero realizado a la temperatura de funcionamiento real del fluido en lugar de a la temperatura ambiente del taller, redujo la deriva dentro de la tolerancia especificada. La lección que quedó grabada en el equipo de la planta: una verificación de punto cero-realizada en un banco frío y estático no dice mucho sobre cómo se comportará el medidor una vez que el fluido del proceso se caliente.
Cómo diseñan los fabricantes en torno a la deriva de temperatura
Materiales de expansión térmica combinados
La combinación de materiales de revestimiento y electrodos con coeficientes similares de expansión térmica reduce la tensión mecánica que provoca que la posición del electrodo cambie. Esta es en gran medida una decisión de la etapa de diseño-, por lo que vale la pena preguntar sobre la elección del material de revestimiento (PTFE, PFA, caucho, cerámica, etc.) al especificar un medidor para una aplicación de temperatura de amplio-cambio.
Excitación de onda-cuadrada-de baja frecuencia
Los diseños más antiguos de excitación de onda sinusoidal-y de corriente constante-son más propensos a la deriva del cero que los sistemas de excitación de onda cuadrada-de baja-frecuencia que ahora son estándar en la mayoría de los medidores industriales. Invertir periódicamente la polaridad de la corriente de excitación y muestrear la señal en cada valor fijo ayuda a cancelar la interferencia de movimiento lento-, incluidos algunos efectos impulsados por la temperatura-, lo que explica en gran medida por qué este método de excitación se convirtió en el predeterminado de la industria para aplicaciones sensibles a la estabilidad-.
Compensación de temperatura-incorporada
Muchos transmisores ahora incluyen un sensor de temperatura y un algoritmo de compensación que ajusta la salida en función de la temperatura del proceso en tiempo real-, corrigiendo la conductividad y la deriva electrónica descritas anteriormente antes de que la lectura llegue a la pantalla o al sistema de control.
Prácticas de instalación que reducen el problema
La calidad de la conexión a tierra, la suciedad de los electrodos y las interferencias electromagnéticas dispersas agravan cualquier deriva relacionada con la temperatura-que ya esté presente, por lo que una instalación adecuada - anillos de conexión a tierra sólidos, tramos de tubería rectos- adecuados y protección contra fuentes electromagnéticas potentes - hacen que cualquier compensación de temperatura que tenga el medidor realmente haga su trabajo de manera efectiva.
Qué significa esto si está especificando un caudalímetro
Si su proceso implica temperaturas de fluidos que varían significativamente durante la operación - calentamiento por lotes, cambios ambientales estacionales o un cambio de producto frío/caliente -, vale la pena hacerle al proveedor tres preguntas directas antes de realizar el pedido:
- ¿Qué método de excitación utiliza este medidor? ¿Está clasificado para su estabilidad en todo el rango de temperatura que realmente verá?
- ¿El transmisor incluye compensación de temperatura activa o solo calibración de temperatura-fija?
- ¿Cuál es el procedimiento de calibración de punto cero-recomendado? ¿Debería realizarse a temperatura de proceso en lugar de a temperatura ambiente?
Un medidor que es preciso en una hoja de especificaciones a 20 grados no necesariamente lo es a 45 grados, y la brecha entre esos dos números es exactamente donde-los problemas de deriva del punto cero tienden a ocultarse.
Preguntas frecuentes
¿Se puede corregir la desviación del punto cero-solo con la recalibración?
A veces, pero recalibrar a la temperatura incorrecta simplemente restablece el error en lugar de eliminarlo. Si la desviación se debe a la temperatura-, la solución debe abordar la compensación o las condiciones de instalación, no solo un-ajuste a cero una sola vez.
¿Cuánto cambio de temperatura es suficiente para provocar un cambio de cero notable?
Depende del diseño del medidor y del fluido, pero las oscilaciones en el rango de 10 a 20 grados suelen ser suficientes para producir una deriva mensurable en los medidores sin compensación activa de temperatura, especialmente a caudales bajos.
¿Afecta esto a todos los caudalímetros electromagnéticos por igual?
No. Los medidores con materiales de revestimiento/electrodo coincidentes, excitación de onda-cuadrada y-compensación de temperatura incorporada son significativamente más resistentes a la deriva cero impulsada por la temperatura-que los diseños más antiguos o de menor-coste.
¿La deriva del punto cero-es lo mismo que la deriva de la calibración?
No exactamente. La deriva de calibración se refiere a la precisión general del medidor que cambia a lo largo de su rango de medición, mientras que la deriva del punto cero-afecta específicamente la línea base sin-flujo. Un medidor puede tener una calibración estable en todas partes excepto en cero.
¿Se debe volver a poner a cero el medidor-a temperatura ambiente o a temperatura de proceso?
Temperatura del proceso, siempre que sea posible. Poner a cero un medidor en un banco frío y luego instalarlo en una línea caliente es una de las causas - y evitables - de las quejas de deriva que vemos.
¿El tamaño de la tubería o la velocidad del flujo empeoran la deriva-impulsada por la temperatura?
No directamente, pero los medidores de mayor-diámetro con áreas de superficie de electrodo más grandes pueden ser algo más sensibles al tipo de tensión mecánica descrita anteriormente, ya que hay más material involucrado en la expansión. Es una razón más para verificar el método de excitación y el diseño de compensación en instalaciones más grandes en lugar de asumir que la hoja de especificaciones de un medidor más pequeño se aplica a escala.
Pensamientos finales
La desviación del punto cero-relacionada con la temperatura-no es tanto un defecto como un problema físico que un mejor diseño y una instalación correcta pueden solucionar hasta convertirlo en un problema sin-. El mecanismo funciona a través de tres canales - tensión mecánica en los electrodos, cambios de conductividad del fluido y deriva dentro de la bobina y la electrónica - y los tres responden bien a la combinación correcta de materiales, método de excitación y circuitos de compensación.
Si su proceso utiliza fluidos en un amplio rango de temperaturas y no está seguro de que el medidor actual - o el que está a punto de pedir - esté diseñado para manejarlo, envíenos los detalles del proceso (tipo de fluido, rango de temperatura, tamaño de tubería y aplicación) y podremos ayudarlo a encontrar la especificación correcta antes de que se convierta en un problema de campo. Póngase en contacto con nuestro equipo para obtener una recomendación.
Referencias
[1] Artang, "Inestabilidad del punto cero del medidor de flujo electromagnético: causas y soluciones".artang.com
[2] Artang, "Causas y soluciones del punto cero anormal del medidor de flujo electromagnético".artang.com
[3] Sisenchina, "Cómo ajustar el punto cero de un caudalímetro electromagnético".sisenchina.com
[4] Patente de EE. UU. 5443552, "Caudalímetro electromagnético y método para medir el caudal electromagnéticamente".imagen-ppubs.uspto.gov
[5] Patente estadounidense 4059014, "Flujómetro electromagnético".imagen-ppubs.uspto.gov
[6] Flowmetertech, "Problema de deriva cero y método de tratamiento del medidor de flujo másico".flowmetertech.com
