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Jul 01, 2023

Calibración de campo de caudalímetros DP: mejores prácticas

1 de octubre de 2021 | Por Ned Espy y Roy Tomalino, Beamex Una mejor comprensión del funcionamiento del caudalímetro de presión diferencial (DP), junto con las mejores prácticas de calibración, reduce los errores de mantenimiento

1 de octubre de 2021 | Por Ned Espy y Roy Tomalino, Beamex

Una mejor comprensión del funcionamiento del caudalímetro de presión diferencial (DP), junto con las mejores prácticas de calibración, reduce los errores de mantenimiento

Utilizar una placa de orificio instalada en una tubería y medir con precisión la presión diferencial (DP) para calcular el flujo es uno de los métodos más comunes en las industrias de procesos químicos (CPI) (Figura 1). La tecnología DP es única entre las tecnologías de medición de flujo porque la relación entre el caudal es la raíz cuadrada de la presión de entrada. Este fenómeno presenta algunos desafíos tanto para los proveedores que suministran transmisores DP como para los técnicos que necesitan calibrar estos transmisores.

Figura 1. Los caudalímetros de presión diferencial (DP) miden la velocidad de los fluidos leyendo la pérdida de presión a través de una constricción de tubería, como una placa de orificio como la que se muestra aquí.

Si bien la nueva tecnología disponible para medir el flujo puede ofrecer resultados sorprendentes y la medición del flujo por presión diferencial se utiliza ampliamente en muchos sectores industriales, el uso y la calibración adecuados de estos instrumentos siguen siendo importantes (Figura 2). Una mejor comprensión de los conceptos básicos de la tecnología de medición de flujo DP, junto con el conocimiento sobre las mejores prácticas sugeridas para la calibración, ayudará a minimizar los errores de mantenimiento y de calibración en el campo.

Figura 2. Seguir las mejores prácticas para calibrar medidores de flujo DP permite a las plantas aprovechar las capacidades de las nuevas tecnologías de medición de flujo.

En la medición de flujo DP, obtener un resultado preciso implica más que simplemente tomar la medición de presión y calcular la salida. La precisión de una medición de flujo DP se basa en todo el sistema de medición de flujo, incluido lo siguiente: tramos rectos (aguas arriba y aguas abajo); elemento de flujo (placa de orificio en buen estado); y transmisor (considere el “corte de flujo bajo” y los puntos de prueba adecuados).

Se requiere un "tramo recto" dentro de la tubería aguas arriba de la placa de orificio para un flujo homogéneo y estable de fluido a través de la placa. Del mismo modo, también se requiere un “trazo recto” aguas abajo. La placa de orificio en sí debe estar limpia, con bordes afilados y sin distorsiones; se debe realizar una inspección del elemento para verificar que esté en buenas condiciones. El montaje de la propia placa debe realizarse con cuidado para garantizar una medición repetible. Suponiendo que estos componentes físicos estén suficientemente abordados, el enfoque puede pasar a revisar la calibración del transmisor DP para asegurarse de que sea precisa.

Normalmente, un transmisor de presión opera en modo lineal de cero a 100% (por ejemplo, con un nivel de presión de entrada del 50%, la salida es del 50% o 12 mA).

Sin embargo, un transmisor DP opera en modo de raíz cuadrada. Un método común para verificar que un transmisor DP esté funcionando en el modo de raíz cuadrada es buscar una salida del 50 % (12 mA) cuando la presión de entrada es del 25 % del rango, usando la relación que se muestra aquí:

√0,25 (entrada) = 0,50 (salida) -o- 0,25 (entrada) = 0,50 2 (salida)

Tenga en cuenta que el cálculo de la raíz cuadrada a veces se realiza en el DCS con el transmisor programado en modo lineal. Así que asegúrese de que la raíz cuadrada no se extraiga dos veces: una en el transmisor y otra en el DCS. Verifique ese escenario si los números no cuadran.

Otra cuestión a considerar es cuando hay condiciones de bajo flujo. Cuando el caudal cae por debajo del 10 % del rango de salida de un transmisor (5,6 mA), la presión de entrada se vuelve tan baja (menos del 1 % del rango) que cualquier pequeño cambio o ruido en la presión de entrada se amplifica en un factor de 10. o más. Debido a esta característica, la medición del flujo de DP no es precisa por debajo de este nivel (Figura 3). Dicho de otra manera, la salida aumenta mucho más rápidamente en el 0 al 1% inicial de la entrada y la señal es muy inestable. Esta situación es el “enemigo” del técnico; en este caso no se puede realizar una calibración de calidad.

Figura 3. Cuando el caudal cae por debajo del 10% del rango de salida de un transmisor, como se resalta en el gráfico, la medición del flujo DP ya no es precisa

Otro elemento a tener en cuenta es que cuando se utiliza la tecnología de caudalímetro DP, el caudal normal suele ser mucho mayor que el 10 %, o simplemente no hay ningún flujo (la válvula está cerrada). Los fabricantes de transmisores DP han tenido que lidiar con este problema de flujo bajo y todos los proveedores realizan algún tipo de acondicionamiento de señal entre 4,0 y 5,6 mA. Si los técnicos consultan con sus ingenieros de control, probablemente sabrán que hay programado un valor de "corte de flujo bajo" en el sistema. Esto significa que cuando el transmisor detecta algo por debajo del 10% del caudal, el flujo se fuerza a cero.

Según estos hechos, al calibrar un transmisor DP, no hay razón para realizar pruebas por debajo del 1 % del rango de entrada (o 5,6 mA del rango de salida). De hecho, al conectarlo a este tipo de transmisores, se nota mucho cómo la estabilidad “mejora” una vez que la presión supera el 1% del rango de entrada.

La mayoría de las aplicaciones de flujo DP utilizan una entrada de rango de baja presión (normalmente utilizando pulgadas de H2O o mbar como unidad de presión) que se calcula en función del tamaño de la placa de orificio y el diámetro de la tubería. Un ejemplo típico podría tener un rango de 0 a 145 pulgadas de H2O con una salida de 4 a 20 mA (raíz cuadrada). Una calibración normal de cinco puntos tendría puntos de prueba de entrada de 0, 25, 50, 75 y 100%. Sin embargo, abordar la relación de raíz cuadrada dificulta la calibración. Las señales de salida esperadas serían 4, 12, 15,3, 17,9 y 20 mA. Finalmente, se debe considerar un “corte de flujo bajo” y el punto de prueba inicial debe ser 1% (en lugar de cero), con una salida esperada de 5,6 mA. La Tabla 1 muestra un resumen de la serie de puntos de prueba de calibración.

Tenga en cuenta que también puede calcular los puntos de prueba de presión impares que proporcionan un paso de salida par del 25% como método alternativo (Tabla 2; cualquiera de los dos está bien).

La Figura 4 muestra los datos de calibración reales para este transmisor de ejemplo, con una tolerancia de ±0,5% del rango.

Figura 4. Se muestran datos de calibración para un transmisor de ejemplo. con una tolerancia de ±0,5% del span

Esta calibración está dentro de la tolerancia (±0,5 % del intervalo) con un error máximo de –0,127 % del intervalo que se produjo en el punto de prueba cero. Este ligero "desplazamiento de cero" (consulte el gráfico donde el primer punto de prueba está debajo de la línea) solo tiene una importancia del 25 % de la tolerancia (0,127 % ÷ 0,5 %) y no se recomienda ningún ajuste. Si se va a realizar un ajuste inferior, se debe realizar al nivel de entrada del 1 %/salida del 10 % (no a cero).

Es posible que el punto cero de la calibración haya sido exactamente cero y el error se haya introducido en uno de los puntos medios de la calibración, o incluso en el span al 100%. El hecho de que sea un desplazamiento de cero es irrelevante para la calibración general, y lo crítico es el error general permitido para cada punto.

Al operar los medidores de flujo DP, se deben verificar los componentes físicos del sistema con regularidad (inspección de la placa de orificio) y se debe establecer un procedimiento de calibración adecuado que aborde la relación de raíz cuadrada con un punto de prueba inicial que esté ligeramente por encima de cero para adaptarse a la "baja". corte de flujo”.

Editado por Scott Jenkins.

Los autores desean agradecer a David Spitzer, director de Spitzer and Boyes por sus contribuciones a este artículo. David tiene más de 40 años de experiencia en diversos aspectos de la instrumentación y es un destacado experto en aplicaciones de tecnología de flujo. Para obtener más información sobre David, visite www.spitzerandboyes.com. Para citar a David, el problema es que “no puedes poner un galón/minuto en tu bolsillo, llevarlo al campo y tirarlo a través del medidor de flujo para verificar la calibración de todo el sistema de medición de flujo”.

Ned Espy , director técnico de Beamex (2152 Northwest Parkway, Marietta, GA 30067; Teléfono: (770) 951-1927; Correo electrónico: [email protected]), ha estado promoviendo la gestión de calibración con Beamex durante más de 25 años. Espy ha ayudado a desarrollar mejores prácticas de calibración, centrándose en presión, temperatura e instrumentos multivariables. Es un colaborador editorial constante de publicaciones líderes de la industria y ha recibido un importante reconocimiento dentro de la industria de la automatización. Actualmente, Espy enseña las mejores prácticas de calibración y brinda soporte técnico a los usuarios finales, así como al equipo de ventas de Beamex en Norteamérica.

Roy Tomalino es ingeniero de servicios profesionales en Beamex (misma dirección que la anterior; correo electrónico: [email protected]). Tomalino lleva más de 20 años enseñando gestión de calibración. A lo largo de su carrera, ha enseñado en cuatro continentes diferentes a personas de más de 40 países. Sus funciones anteriores incluyen la de ingeniero técnico de marketing y formador mundial en Hewlett Packard, e ingeniero de aplicaciones en Honeywell. Hoy, Tomalino es un evangelista de la calibración de Beamex. Su misión principal es desmitificar la calibración y enseñar las mejores prácticas a través de consultas, capacitación, seminarios web en vivo y videos educativos.