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Caudalímetro de turbina

Explicación del medidor de flujo de turbina | Operación y calibración

Explicación del medidor de flujo de turbina | Operación y calibración

Aprenda sobre un dispositivo de medición de flujo muy común llamado caudalímetro de turbina.

En este artículo, discutiremos un dispositivo de medición de flujo muy común llamado caudalímetro de turbina.

En esta ocasión hablaremos de este tipo de caudalímetros Los caudalímetros de turbina tienen una o dos partes principales. Algunas personas le dirán que un medidor de flujo de turbina tiene una sola parte: la parte mecánica.

Otros se refieren a los medidores de flujo de turbina como si tuvieran 2 partes: mecánica y eléctrica.

En este artículo, tratamos el caudalímetro de turbina como un dispositivo de dos partes.

Bueno... comencemos.

¿Cómo funcionan los caudalímetros de turbina?

Primero, hablemos de cómo funciona un caudalímetro de turbina.

Los medidores de flujo de turbina se insertan directamente en la tubería del fluido.

La parte mecánica de un medidor de flujo de turbina tiene un rotor de turbina colocado en el camino del flujo de agua que fluye.

La única parte móvil de un caudalímetro de turbina es el rotor mecánico. La velocidad de rotación del rotor depende del caudal. Las palas del rotor suelen estar hechas de acero inoxidable.

A medida que el rotor gira, cada pala del rotor genera un pulso de corriente de Foucault que pasa por un punto de recogida de la pala.

Los pulsos de corrientes de Foucault se generan de diferentes maneras dependiendo de las características de la propia pala del rotor y de la unidad captadora de la pala.

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Principio del caudalímetro de turbina-caudalímetro frv

Sensor magnético de corriente de Foucault

En la mayoría de los medidores de flujo de turbina, los imanes están montados en las paletas y los sensores magnéticos de captación de corrientes de Foucault se utilizan para generar los pulsos.

Cuanto mayor sea el caudal, más rápido girará el rotor y mayor será el número de pulsos.

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Principio de pala de turbina-medidor de flujo frv

La forma y los niveles de voltaje de los pulsos generados dependen completamente del tipo de sensor de celda de captación de corriente de Foucault utilizado.

1) Captador electrónico de corriente de Foucault El dispositivo de detección puede ser un simple captador de corriente de Foucault magnético de CC de 2 hilos, que produce una salida de tipo CA.

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Unidad de sensor de turbina de 2 hilos - Forma de onda de salida

2) El dispositivo de detección de captación de corriente de Foucault puede ser un dispositivo de CA de 3 hilos, como un sensor de efecto Hall, que produce un pulso de onda cuadrada más limpio y uniforme.

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Unidad de sensor de turbina de 3 hilos - Forma de onda de salida

El caudal volumétrico es la unidad de caudal

Como dijimos antes, el rotor de la turbina girará a diferentes velocidades dependiendo del caudal de fluido.

La velocidad del fluido es una medida de la distancia recorrida por partículas de materia por unidad de tiempo. Las unidades típicas de velocidad son pies/segundo o metros/segundo.

La velocidad del fluido juega un papel muy importante en la operación de los medidores de flujo de turbina, pero en la mayoría de las aplicaciones, los medidores de flujo de turbina se usan para medir el flujo volumétrico.

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Unidad de caudal volumétrico - caudal x tiempo

El flujo de volumen se refiere al volumen de fluido que pasa a través de un punto determinado por unidad de tiempo.

Si puede calcular la cantidad de galones de líquido que fluyen a través de cierto punto en un minuto, podrá dar cuenta del flujo volumétrico.

El caudal volumétrico se expresa en unidades, por ejemplo:

– Galones por minuto (GPM)
– metros cúbicos por segundo (m³/s)
– Pies cúbicos por segundo (ft³/s)

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Explicación de los caudalímetros de turbina | Operación y calibración 17

factor k

Bien... ahora que hemos revisado la velocidad del fluido y el flujo volumétrico, hablemos sobre cómo medir el flujo volumétrico usando un medidor de flujo de turbina.

Cuando compra un medidor de flujo de turbina, debe venir con una etiqueta o certificado de calibración que indique su factor K.

Este factor K es único para cada caudalímetro de turbina y está dado porfabricantePor supuesto.

Como se mencionó anteriormente, un medidor de flujo de turbina generará pulsos, cuya tasa depende de la velocidad del fluido.

El factor K único declara el número de pulsos que generará cada unidad de producto que pase por él.

El factor K se expresará en el número de pulsos producidos, por ejemplo, 150 pulsos por galón.

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principio del coeficiente k

Cálculo de la frecuencia del caudalímetro

Supongamos que estamos usando un medidor de flujo de turbina para medir el flujo en galones por minuto (GPM).

El factor K para este caudalímetro de turbina es de 3 pulsos por galón.

Recuerde que la frecuencia se mide en Hertz (HZ). 1 Hz equivale a 1 ciclo por segundo.

Con esto en mente, decimos que un medidor de flujo de turbina produce una frecuencia de pulso por segundo, que expresamos en Hertz (HZ).

Si tenemos un factor K de 3 pulsos por galón, entonces la frecuencia de salida a un caudal volumétrico de 200 galones por minuto (GPM) es de 10 Hz o 10 pulsos por segundo.

Si se pregunta de dónde obtuvimos estos valores, el fabricante generalmente proporcionará un factor K versus caudal muy útil para que lo use después de la corrección.

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Principio de cálculo de frecuencia: caudalímetro de turbina

Podemos conectar el caudalímetro de turbina a la tarjeta de entrada de frecuencia del PLC. La frecuencia de entrada ahora representa el flujo de volumen.

Si nuestro programa de PLC está realizando una calibración de bucle, podemos usar un calibrador con salida de frecuencia variable para simular un caudalímetro de turbina.

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Salida de impulsos del caudalímetro de turbina y tecnología de comunicación de frecuencia PLC

Bucle de control de PLC de campo típico

Este es un ejemplo de un circuito de medición de flujo de volumen de turbina.

Una unidad captadora de corriente de Foucault de CC de 2 hilos genera pulsos similares a los de CA que son acondicionados por un amplificador antes de enviarse al módulo de entrada del PLC del contador de alta velocidad.

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Salida del sensor de turbina y cableado del módulo de pulsos plc

Instalación de Caudalímetros de Turbina

Una instalación típica requiere 10 diámetros de tubería aguas arriba y 5 diámetros de tubería aguas abajo.

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Diseño de la distancia entre la parte delantera y trasera del caudalímetro

Los medidores de flujo de turbina solo deben usarse en fluidos lubricantes limpios porque las partículas suspendidas pueden dañar fácilmente el equipo.

Los rotores de turbina deben estar en el centro preciso del flujo, y la precisión del flujo laminar del rotor de turbina es crítica, lo que a menudo requiere álabes enderezados.

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Medidores de flujo de turbina: diseño de aspas mecánicas
Desventajas de usar medidores de flujo de turbina

Aunque se encuentran entre los medidores de flujo volumétrico más precisos que se usan en la actualidad, tienen algunos inconvenientes.

1) El factor K no siempre es consistente en todo el rango de medición de flujo. Los medidores de flujo de turbina no son precisos a tasas de flujo muy bajas.

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Curva de precisión - Medidor de flujo de turbina

2) La viscosidad es un problema, ya que los fluidos más o menos espesos pueden cambiar la velocidad del rotor y afectar la calibración del medidor.

Recuerde que el factor K del medidor de flujo de turbina se determina en la fábrica utilizando un conjunto específico de parámetros.

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Efectos de la viscosidad - Medidores de flujo de turbina

3) No se recomienda su uso con vapor. Al igual que otros equipos mecánicos, los cojinetes del rotor se desgastan.

¿Dónde se utilizan los caudalímetros de turbina?

¿En qué industrias se utilizan los medidores de flujo de turbina? Dada su popularidad, una mejor pregunta podría ser ¿en qué industrias no se usan los medidores de flujo de turbina?

Encontrará medidores de flujo de turbina en petróleo y gas, incluida la fracturación hidráulica, agua y aguas residuales, química, energía, alimentos y bebidas, aeroespacial, farmacéutica y pulpa y papel.

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Industria de aplicaciones - Caudalímetro de turbina
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Medidor de flujo de turbina-serie frv