La importancia de la medición del caudal direccional
La importancia de la medición del caudal direccional
Introducción
El medidor de caudal de aire comprimido VPFlowScope® se ha diseñado en torno a un principio de medición único. Esto permite medir no solo la magnitud del caudal, sino también su dirección. ¿Por qué es esto importante? En este artículo, mostraremos dos ejemplos en los que la medición bidireccional del caudal desempeña un papel clave para llegar a las conclusiones correctas. En el primer ejemplo, describiremos el caso de una planta de fabricación de productos electrónicos, que cuenta con una gran red en anillo interconectada con dos salas de compresores, situadas en edificios diferentes. Las dos salas de compresores están separadas por unos 150 metros. En el segundo ejemplo, se describe el efecto de la medición del caudal aguas arriba de un depósito receptor local.
Consejos personales
Deja aquí tus datos de contacto si deseas recibir asesoramiento personalizado. Uno de nuestros expertos se pondrá en contacto contigo.
Tecnología Thermabridge™
El primer sensor de caudal térmico del mundo fabricado en un chip de silicio (¡node silicona!) fue inventado hace 40 años por uno de los fundadores VPInstruments, Anton van Putten, allá por 1974. Su diseño único puede considerarse el modelo en el que se basan muchos sensores de caudal másico térmico, presentes en aplicaciones de automoción, climatización e industriales. El sensor Thermabridge™ original combina la medición de la dirección del flujo con la detección térmica del caudal másico en un rango completo de 0 a 150 mn/s. Esto permite medir el flujo en redes en anillo complejas, donde cualquier otro caudalímetro ofrecería resultados de medición muy poco fiables. ¿Quién hubiera pensado que su invento llegaría a ser tan importante para la medición precisa del aire comprimido?
Caso 1. Dos salas de compresores
En una gran empresa fabricante de componentes electrónicos, el aire comprimido se utiliza en todo el proceso de producción: máquinas de moldeo por inyección (manipulación y embalaje de productos), recogida y colocación de componentes, y recubrimiento y galvanizado de piezas metálicas. Se ha puesto en marcha un programa de gestión energética para reducir el consumo energético global de la planta. El aire comprimido era uno de los servicios que requerían atención. Los compresores de la fábrica eran bastante antiguos (más de 10 años) y había margen de mejora desde el punto de vista de la eficiencia. Para seleccionar el compresor adecuado, era necesario medir el perfil de demanda de la fábrica. Pero la empresa se dio cuenta de que la monitorización permanente es clave para lograr ahorros a largo plazo. Así que, en lugar de contratar a una empresa de auditoría para realizar una auditoría temporal, seleccionaron VPInstruments implementar una solución de monitorización permanente. Esta solución podría ampliarse eventualmente a otros servicios.
Durante la fase 1 del proyecto, instalamos cuatro caudalímetros para obtener una visión clara de la demanda media. Sin embargo, al cabo de un par de meses, nos encontramos con una situación interesante en la que los caudalímetros unidireccionales estándar proporcionaban resultados inútiles. En este caso concreto, el reflujo hacia los depósitos receptores provocaba lecturas erróneas, lo que daba lugar a graves errores de medición.
Descripción del sistema
El esquema siguiente muestra una representación simplificada del sistema de aire comprimido. El sistema de aire comprimido constaba de dos salas de compresores (A y B). Desde estas dos salas de compresores independientes se alimenta una red de aire comprimido en bucle. Las salas de compresores se controlan mediante un sistema de control basado en la presión.
En la sala de compresores B hay instalados dos caudalímetros en una red en anillo para medir el aire suministrado a la red por un compresor. Entre este compresor y la red hay un gran depósito de almacenamiento (5 m3) está instalado.
En la sala A había tres compresores de tornillo de Atlas Copco (ZR3A, ZR3A, ZR145). Las máquinas se utilizaban para cubrir la carga base diaria. Cada compresor está equipado con un secador de tambor de calor de compresión. Entre las tuberías y los compresores hay instalados dos grandes depósitos de 5 m3 cada uno. Desde los receptores, dos tuberías independientes suministran aire a los procesos de producción.
Una tubería está conectada a otro edificio, donde se encuentra la sala de compresores B. La distancia entre las dos salas de compresores es de aproximadamente 150 metros.
¿Flujo inverso o no?
Tras examinar más detenidamente la configuración de la sala de compresores B, llegamos a la conclusión de que debe producirse un flujo inverso cuando el compresor está apagado. Las siguientes imágenes explican este fenómeno con detalle.
Compresor de la sala B apagado: comportamiento del depósito receptor
Durante las horas de descarga y fuera del horario laboral, los dos caudalímetros unidireccionales indicaban un consumo, cuando lo normal habría sido que el caudal fuera nulo. El gran depósito receptor se llena mediante los otros compresores (de la sala A) cuando la demanda local de aire en la red en anillo es baja, y suministra aire a la red cuando la demanda local es alta. Se puede ver el
el depósito receptor como un gran globo que interactúa con la red.
Compresor de la sala B en marcha: situación de «tráfico de fusión»
Cuando el compresor funciona a plena carga, el aire comprimido se introduce en la red en anillo. En la derivación en T, el flujo se une al «tráfico» existente en función del equilibrio del consumo en las tuberías del anillo. Si el consumo está bien equilibrado, puede ser perfectamente simétrico (50 % a la izquierda, 50 % a la derecha), pero cuando el consumo en un lado es mucho mayor, el flujo de aire se distribuirá de forma diferente. Las fluctuaciones en la demanda también pueden alterar la distribución del flujo durante un breve periodo de tiempo.
El aire procedente del compresor se mezcla con el aire que ya circulaba por la red de anillos. Esto puede dar lugar a una lectura alta o baja, dependiendo de la demanda real y de la dirección del flujo resultante.
Unidireccional frente a bidireccional
Un caudalímetro unidireccional no tiene ni idea de dónde procede el aire. Esto da lugar a grandes errores. Esto se aplica a la mayoría de los caudalímetros térmicos basados en la dispersión térmica, la anemometría a temperatura constante, etc. Otros ejemplos de caudalímetros unidireccionales son los medidores de vórtice y los medidores de turbina, cuando se leen mediante un transmisor de impulsos estándar (el contador del medidor de turbina girará al revés). Los medidores Venturi también son unidireccionales. La señal de presión diferencial no se vuelve negativa cuando se invierte el flujo. Los medidores de orificio también pueden medir el flujo inverso, pero no son tan adecuados para el aire comprimido debido a su pérdida de presión permanente.
Al activar la función de detección bidireccional del VPFlowScope, el cambio de dirección del flujo se detecta al instante. Ahora, el flujo inverso aparece en los gráficos como valores negativos. Echemos un vistazo a algunos datos reales: en los gráficos siguientes, ampliamos un periodo específico de las mediciones en la sala de compresores B. Los datos originales, procedentes de los medidores de flujo bidireccionales, se han procesado para mostrar la diferencia entre el flujo bidireccional y el unidireccional.
Al final de este periodo, el efecto se aprecia con toda claridad: el compresor se apaga. En el gráfico de la izquierda, donde los dos caudalímetros bidireccionales se anulan entre sí, el caudal resultante es prácticamente nulo. En el gráfico de la derecha, el caudal no se anula, lo que da lugar a una señal artificial de casi 13 m³/min.
¿Es suficiente con que sea unidireccional?
Se podría decir: ¿por qué no relacionar esto con los datos de carga/descarga del compresor? Cuando el compresor está en estado de descarga o apagado, se sabe que el caudal es cero, por lo que se puede compensar. Creemos que esta no es la mejor manera de resolver el problema del flujo inverso, ya que podría haber otras razones (reales) para el flujo inverso, que pasarían desapercibidas. Por ejemplo, una válvula antirretorno con fugas, una junta con fugas o una válvula de purga. En este caso concreto, encontramos una junta del compresor con fugas. Esta fuga podría haber costado 1.314 euros al año y solo costó 500 euros repararla. Se detectó otra fuga en una secadora. De nuevo, esta fuga se encuentra aguas arriba del caudalímetro, por lo que pasaría desapercibida si el caudalímetro fuera unidireccional. Ahorro: 2.102 euros al año. Reparada por 100 euros sustituyendo una manguera.
Caso 2. Receptores descentralizados
En algunos casos, se utiliza un depósito receptor descentralizado para «suavizar» los picos de carga en la red. Por ejemplo, cuando una máquina presenta un perfil de consumo elevado pero intermitente. Una pregunta que se plantea a menudo es: ¿dónde colocar el caudalímetro y qué nos indicará este cuando la máquina esté apagada? Esta parte del artículo se basa en una auditoría anterior realizada en una planta de procesamiento de alimentos a base de patata, donde utilizamos un caudalímetro térmico de masa estándar sin sensibilidad bidireccional. La imagen siguiente muestra la configuración.
Configuración del ensayo: El caudalímetro de punto de uso se instaló entre el depósito receptor y las redes de distribución. ¿Por qué? Porque no había suficiente tramo recto aguas abajo de la válvula de cierre.
El auditor nos llamó al cabo de un par de días para comentar los resultados. El caudalímetro indicaba un consumo considerable mientras la máquina estaba desconectada de la red. El depósito receptor simplemente actuaba como un acumulador local para las máquinas situadas más adelante en la línea. Se llenaba y vaciaba al ritmo de su consumo, lo que provocaba lecturas significativas en el caudalímetro térmico. En este caso, el problema se resolvió finalmente ignorando los datos durante el periodo en que la máquina estaba apagada. Pero en otros casos, puede que no haya forma de correlacionar acciones o eventos locales con los datos. En esos casos, analizar los datos de un dispositivo de medición de caudal unidireccional puede llevar a conclusiones erróneas.
Otros problemas que puedes detectar con los sensores bidireccionales:
Los medidores de caudal bidireccionales pueden poner de manifiesto problemas importantes en muchos sistemas de aire comprimido. En este artículo describimos dos casos en los que los sensores bidireccionales son fundamentales para llegar a las conclusiones correctas.
Otros ejemplos en los que puedes sacar a la luz ciertos problemas:
Válvulas de retención con fugas justo después del compresor, o desagües de condensado con fugas. El caudalímetro bidireccional te indicará cuándo ocurre.
- Fugas en los desagües del deshumidificador de aceite o debajo del depósito colector de agua
- La válvula antirretorno no se cierra del todo
- La válvula de descarga no se cierra del todo
- Las oscilaciones en la red de tuberías se interpretan como consumo en lugar de un caudal casi nulo
Combinación de los resultados mediante canales virtuales
En el software central de monitorización VPVision , mediante un canal virtual, se pueden combinar los datos de dos (o más) caudalímetros en una sola señal. El canal suma o resta todos los valores de medición, en función de la dirección del caudal. Los valores resultantes se pueden utilizar en gráficos e informes en tiempo real.
Conclusiones
• Para la medición del caudal en redes en anillo, los caudalímetros bidireccionales son fundamentales para obtener resultados correctos.
• Solo los caudalímetros bidireccionales pueden proporcionar datos correctos cuando se instalan entre los depósitos receptores y la red de aire comprimido.
• Los caudalímetros unidireccionales indicarán un caudal positivo cuando se produzca un flujo inverso, lo que puede llevar a conclusiones erróneas sobre el comportamiento del sistema.
• Con el software moderno de monitorización energética, los caudalímetros bidireccionales pueden combinarse en un canal virtual.
Solicita una presentación gratuita para ti y tu equipo sobre las ventajas de la monitorización permanente
La monitorización permanente del aire comprimido y otros servicios es fundamental para maximizar el ahorro energético. Como muestra el ejemplo anterior, ofrece numerosas ventajas, entre las que se incluyen la toma de decisiones de inversión basadas en datos, las alarmas, una mayor concienciación y, en algunos casos, incluso un aumento de la producción. Nuestro equipo de expertos ofrece una presentación en línea gratuita para usted y su equipo sobre las ventajas de la monitorización permanente. ¿Le interesa? ¡Concierte una cita hoy mismo!
China (chino simplificado)
Reino Unido (inglés)
