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MEDICION DE LIQUIDOS
14 de Octubre de 2017

CÓMO MEDIR DENSIDAD Y CONCENTRACIÓN SIN CONTACTO

Muchas industrias han comenzado a aprovechar las ventajas de los analizadores ultrasónicos externos en sus Plantas para medir ácidos. El desarrollo de los transductores externos tipo &ld ...

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Medición de caudales de líquidos y de gases sin interrumpir el proceso.

Muchas industrias han comenzado a aprovechar las ventajas de los analizadores ultrasónicos externos en sus Plantas para medir ácidos. El desarrollo de los transductores externos tipo “clap-on”, permite la medición de caudales de líquidos y de gases sin interrumpir el proceso.



Con esta tecnología, es posible medir caudales de líquidos y de gases sin interrumpir el proceso ya que los transductores utilizados para realizar la medición se instalan sobre la pared externa de la cañería, sin contacto con el fluido y sin necesidad de detener el proceso.

Cómo funciona

Los caudalímetros ultrasónicos son capaces de medir caudales de líquidos utilizando el principio de medición por tiempo de tránsito.  Utilizan una tecnología de doble procesamiento en paralelo, con un procesador DSP dedicado exclusivamente al análisis de la señal ultrasónica, lo que asegura mediciones confiables aun en condiciones extremas.

Medición por Tiempo de tránsito

Para utilizar este principio de medición, el caudalímetro ultrasónico mide el tiempo que tarda una señal ultrasónica inyectada en el fluido, viajando a favor (aguas abajo) y en contra del caudal (aguas arriba).  Así como un nadador cruzará un río más rapidamente cuando nade a favor de la corriente que cuando nade en contra, el tiempo de tránsito de la señal viajando aguas abajo será menor que el tiempo de la señal yendo aguas arriba.

Con estos dos tiempos de tránsito, el caudalímetro calcula dos valores:

[v]: Velocidad de circulación del fluido (caudal volumétrico), a partir de la diferencia entre los tiempos de tránsito.

[c]: Velocidad de propagación del sonido en el líquido, tomando el promedio de los tiempos de tránsito.

Medición de densidad y concentración sin contacto con el fluido

Una característica importante que muestran muchos fluidos, es que puede correlacionarse muy bien la concentración o densidad con la velocidad de propagación del sonido, corregida por la temperatura.  Es justamente esta característica la que aprovechan esta familia de dispositivos.

Estos analizadores ultrasónicos han encontrado una gran variedad de aplicaciones en industrias químicas, petroquímicas, de fertilizantes, y alimenticias, entre otras. Surgen como la evolución natural hacia una nueva plataforma electrónica avanzada.

En los ejemplos que aparecen a continuación, pueden hallarse aplicaciones en muchos productos habitualmente presentes en las industrias, como Ácido Sulfúrico (H2SO4), Cloruro de Sodio (NaCl), Ácido Nitrico (HNO3), Hidróxido de sodio (NaOH), Urea (CH4N2O), Concentrado de café, etc.

Medición de concentración de ácido sulfúrico

Tal como se puede apreciar en el gráfico I, la velocidad de propagación del sonido [c] varía notablemente para concentraciones de ácido sulfúrico mayores al 80% (curva roja).  De esta manera, este valor se puede medir con facilidad utilizando la tecnología desarrollada de los transductores ultrasónicos externos.

Dado que el ácido sulfúrico es uno de los químicos más utilizados en todo el mundo, este analizador ha solucionado una gran cantidad de mediciones, ofreciendo la facilidad de un montaje externo sobre las cañerías existentes, sin interrumpir el proceso y sin ningún riesgo para las instalaciones ni las personas.

Medición de hidróxido de sodio

La velocidad del sonido para el hidróxido de sodio muestra un comportamiento prácticamente lineal para concentraciones hasta 40% y ligeramente alineal a partir de ese punto y hasta el 50%.

Lo más importante para destacar en este caso, es que cuando la concentración varía entre el 0% y el 50%, esa variación genera un cambio en el valor medido de la velocidad del sonido [c] entre 1450 m/s y 2450 m/s.  Dada la altísima variación de estos valores, es muy simple conseguir valores de precisión muy altos en la determinación de la concentración de hidróxido de sodio (Gráfico II).

Medición de urea:

Observando el gráfico III puede detectarse inmediatamente el comportamiento perfectamente lineal que tiene la velocidad de propagación del sonido en la Urea con respecto a las variaciones de concentración hasta el 50%.

Dada la altísima exactitud que ofrece el caudalímetro para la determinación de la velocidad del sonido, con una variación de entre 1450 m/s y 1700 m/s en este valor se puede lograr una precisión muy alta en la determinación de la densidad o concentración.

Una de las aplicaciones típicas se encuentra en las industrias que elaboran la solución AUS32 que se utiliza en los sistemas de emisión de los motores diesel para disminuir la contaminación, conocido comercialmente con el nombre de “AdBlue”, entre otros similares.

Este producto es básicamente una dilución de urea a una concentración de alrededor de 32,5%, y justamente esta determinación puede hacerse en el proceso de elaboración en tiempo real, con el caudalímetro se logra una muy buena exactitud y garantizando la calidad del producto final.

Medición de ácido nítrico

En el gráfico IV se puede apreciar que el comportamiento de la velocidad del sonido con respecto a la concentración se hace relativamente lineal a altas concentraciones (mayores a 50% aproximadamente), tal como sucede por ejemplo con el ácido sulfúrico.

Dado que habitualmente lo que se quiere es determinar la “pureza” del ácido trabajando a altas concentrac iones, el caudalímetro nuevamente se presenta como una solución ideal para la medición de productos altamente corrosivos como el ácido nítrico.

Componentes del analizador ultrasónico

Básicamente se compone de una unidad electrónica, conectada a un par de transductores ultrasónicos clamp-on (externos), que son instalados sobre la tubería con soportes construídos en acero inoxidable, que aseguran la robustez del sistema aún en ambientes corrosivos.

El sistema ofrece indicaciones de:

• Caudal volumétrico,
• Velocidad del fluido,
• Velocidad del sonido y concentración.

Alternativamente, también puede optarse por la variante que incluye el cálculo del caudal másico, que es la alternativa ideal a la medición con caudalímetros coriolis.

Para realizar correctamente las compensaciones necesarias, el sistema necesita una medición de temperatura.  Esta señal puede provenir de un sensor tipo clamp-on, o bien de un sensor de temperatura convencional intrusivo provisto por el cliente o existente en la planta.

La temperatura máxima de trabajo de los transductores es como estándar 130°C y opcionalmente puede llegar a 200°C.  Combinado con el sistema de montaje, puede utilizarse en mediciones desde -190°C hasta 600°C de temperatura.

Ventajas

Seguridad:

- Aptos para líquidos corrosivos o abrasivos.
- La instalación no afecta la integridad de la cañería (sin bridas, sin cuplas, sin juntas, sin o-rings).
- Sin riesgo de pérdidas o fugas en el sistema de medición, ya que el proceso se mantiene completamente cerrado.

Economía:

- El precio prácticamente no varía con el diámetro de la cañería.
- Los costos de instalación son muy bajos.
- Inversión protegida: Un analizador puede facilmente quitarse de una cañería y re-utilizarse en otra en minutos.

Instalación:

- Muy bajo costo de instalación.
- No requiere herramientas especiales.
- Pueden instalarse o retirarse sin detener la planta en ningún momento.
- No genera pérdidas de carga ni obstrucciones en la cañería.

Mantenimiento:            

- Sin partes móviles.
- Libre de mantenimiento.
- Posibilidad de mantenimiento preventivo sin afectar el proceso ni detener la planta.

Aplicaciones

Dentro de las aplicaciones más habituales de los analizadores ultrasónicos se destacan:

- Medición de concentración de ácido sulfúrico, ácido fosforico, ácido fluorhídrico y de ácido nítrico.
- Medición de concentración de salmuera.
- Medición de concentración de nitrato de amonio y de hidróxidos de sodio y de potasio.
- Medición de concentración de alcoholes y glicoles.
- Medición de concentración de extracto de café.

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