Siguen los avances en caudalimetría

Los caudalímetros son cada vez más inteligentes, más pequeños y más especializados.

 

Siguen los avances en caudalimetría
Interfaces WLAN, Bluetooth y de servidor web permiten monitorear, diagnosticar y configurar caudalímetros desde apps en un teléfono inteligente.

 

Durante 2018, algunas tendencias en tecnología de medidores de caudal fueron simples expansiones, actualizaciones y mejoras de la tecnología existente, pero hay dos tendencias que se destacan: avances en el diagnóstico de caudalímetros y la adopción de una tecnología similar a la del teléfono inteligente para mejorar el acceso, las comunicaciones y, en un futuro no muy lejano, los displays incorporados en los caudalímetros.

 

Minicaudalímetros con todas las capacidades

El tamaño de algunos caudalímetros se ha ido reduciendo a lo largo de los años. Ya hay docenas, si no cientos, de caudalímetros compactos, pequeños y relativamente baratos en el mercado.

Es muy probable que los caudalímetros electromagnéticos lideren esta tendencia hacia miniaturización, principalmente por el hecho de que el tamaño del elemento de flujo sólo necesita ser apenas más grande que el caño o tubo por donde circula el líquido conductor.

Se dispone de minicaudalímetros magnéticos (figura 1) para tamaños muy pequeños de cañería de hasta 15 mm. Tales minicaudalímetros son ideales para patines de proceso, donde el espacio suele estar limitado, o en ubicaciones de difícil alcance. Si bien son miniatura, estos caudalímetros incorporan amplias capacidades. Pueden tener salidas 4-20 mA, de pulsos, tipo switch y 2-10 V, como así también conectividad de comunicaciones digitales IO-Link para su integración flexible en sistemas de automatización.

Una interface wireless Bluetooth proporciona acceso directo a datos de proceso y de diagnóstico y le permite al usuario configurar el dispositivo de medición sobre la marcha. Algunos pueden ser operados y configurados en dispositivos Android e iOS a través de una app.

La tendencia hacia la miniaturización seguirá expandiéndose también a otras tecnologías de medición.

 

Siguen los avances en caudalimetría
Figura 1. El minicaudalímetro electromagnético Picomag de Endress+Hauser contiene un sensor y un transmisor en la misma caja.

 

Igual que la mayoría de las tecnologías de medición de caudal, los caudalímetros electromagnéticos ofrecen una medición de caudal volumétrico, pero hay muchas aplicaciones que requieren una medición de caudal másico, y es allí donde se destacan los caudalímetros Coriolis.

 

Medición de caudal másico

Según una investigación de Grand View Research, “el segmento de los caudalímetros magnéticos es el mayor del mercado. Sin embargo, se espera que los caudalímetros ultrasónicos y Coriolis tengan el mayor crecimiento gracias a avances tecnológicos que harán que estos caudalímetros sean altamente confiables y exactos.”

Grand View Research pronostica que el uso de caudalímetros Coriolis crecerá considerablemente. “La amplia adopción de estos caudalímetros en los sectores de petróleo y gas, petroquímica y refinación afectará el mercado de manera positiva”.

Una de las principales razones de este crecimiento es la capacidad de estos caudalímetros de medir caudal másico. Anteriormente, esto tenía un precio excesivo, pero la diferencia de precio entre caudalímetros másicos y caudalímetros volumétricos está bajando, impulsando claramente su uso.

Los caudalímetros ultrasónicos son sin contacto y se pueden usar en cañerías de gran tamaño. En el pasado, los caudalímetros Coriolis se usaban principalmente en cañerías de menor tamaño, pero aquí aparece otra tendencia que es su aumento de tamaño. Hay caudalímetros Coriolis para tamaños de cañería de más de 25 cm, lo que los hace adecuados para aplicaciones de carga y descarga de buques. Y esta tendencia seguirá incursionando en el mercado global de medición de caudal.

Por otra parte, los usuarios reconocen que los medidores Coriolis ofrecen muchas capacidades avanzadas más allá de la medición básica. Hoy en día, la mayoría de los caudalímetros Coriolis no sólo miden caudal másico sino también densidad y temperatura; algunos incluso miden viscosidad. Estos parámetros cualitativos conforman un mundo de posibilidades para los usuarios, y hay una creciente tendencia de ver los medidores Coriolis como analizadores de proceso.

Por ejemplo, en la industria de petróleo y gas, los medidores Coriolis ofrecen una variedad de valores, tales como temperatura en la corrección de referencia API (American Petroleum Institute) de volumen  y densidad, como así también medición de corte de agua y petróleo neto. En la industria de alimentos y bebidas, estas mismas mediciones de densidad y temperatura se pueden usar para derivar Brix, concentración de prueba o porcentual de mezclas binarias, entre otras posibilidades.

Si bien hay una reducción de precio entre las tecnologías de medición de caudal volumétrico y Coriolis, para muchos usuarios, la precisión adicional y la multivariabilidad son factores clave a favor de los medidores Coriolis.

 

Caudalímetros especializados

Antes, cuando una aplicación resultaba particularmente difícil por tratar con productos abrasivos, calientes, fríos o ácidos, o cuando el usuario se sentía renuente a usar caudalímetros convencionales, se especificaba acero inoxidable, cerámica u otros revestimientos para los caudalímetros, esperando que ocurra lo mejor. Esto llevaba muchas veces a fallas prematuras.

Hoy en día, la disponibilidad de materiales exóticos, tales como tantalio, Hastelloy C, Monel, Inconel y otras aleaciones especiales, permite fabricar un caudalímetro que está en condiciones de manejar casi cualquier fluido o gas y responder a necesidades específicas.

Para complicar las cosas, las regulaciones siempre cambiantes emitidas por entes como U.S. Food and Drug Administration (FDA), European Union (EU), American Gas Association (AGA), U.S. Environmental Protection Agency (EPA) y muchas otras, exigen que la instrumentación debe cumplir con un gran número de especificaciones. Por ejemplo, un caudalímetro higiénico debe cumplir con los estándares ASME Bioprocessing Piping and Equipment (BPE), European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) y 3A, y quizás muestre plena compatibilidad GMP (Good Manufacturing Practices) con procesos estériles, además de soportar operaciones CIP (Clean-in-Place) y SIP (Sterilize-in-Place) y lavados de alta presión. Todo esto requiere un caudalímetro especializado (figura 2).

 

Siguen los avances en caudalimetría
Figura 2. Los caudalímetros Coriolis, como por ejemplo de Endress+Hauser, pueden estar diseñados específicamente para aplicaciones higiénicas.

 

Si bien siempre ha habido caudalímetros especializados, la tendencia es hacia un creciente número de dispositivos para cumplir con las nuevas regulaciones, resolver nuevos problemas de aplicación y llegar a nichos de mercado de menor tamaño.

Gracias a la mejora de las técnicas de manufactura, impresión láser 3D, modelado y simulación por computadora y microelectrónica avanzada, se fabrican ahora caudalímetros especializados mucho más rápido que antes, con lo que quizás lleguen a dominar el mercado en poco tiempo más.

 

Caudalímetros inteligentes cada vez más inteligentes

Hace ya más de diez años que los caudalímetros inteligentes están en el mercado, y cada vez son más inteligentes y capaces de autodiagnósticos y autoverificación.

Autodiagnóstico significa que el caudalímetro puede detectar un problema gracias a un monitoreo continuo de parámetros internos relacionados con sus componentes mecánicos, electromecánicos y electrónicos.

Normalmente, durante la fase de diseño del caudalímetro, se procede a un análisis del modo de falla, efectos y diagnósticos a fin de identificar componentes críticos en la cadena de la señal, comenzando con las partes en contacto con el proceso y siguiendo con los componentes electromecánicos, la tarjeta amplificadora, el módulo electrónico principal y las salidas. Luego se asigna un margen adecuado de seguridad a cada componente o camino crítico.

El firmware en el transmisor monitorea continuamente la cadena completa de la señal en lo que hace a desviaciones. Por ejemplo, si los diagnósticos detectan un error, Heartbeat Technology de Endress+Hauser envía un mensaje de evento conforme la recomendación NE 107 de NAMUR. El evento se muestra en el panel frontal del caudalímetro y puede ser enviado como mensaje a través de un enlace de comunicación digital al sistema de automatización. El mensaje también incluye consejos de búsqueda y resolución de problemas.

Hoy en día, hay caudalímetros con una cobertura de autodiagnósticos del 94% o más (de acuerdo a IEC 61508) y bajas tasas de fallas sin detectar. La gran mayoría de los caudalímetros emplean un tipo similar de autodiagnósticos, pero aparece una nueva tendencia hacia autoverificación.

Según el tipo de industria, los caudalímetros deben ser calibrados periódicamente. Por ejemplo, la industria química requiere ensayos de acuerdo a IEC 61508 e IEC 61511, mientras que en la industria de petróleo y gas se deben respetar los acuerdos contractuales entre comprador y vendedor y que se cumpla con las exigencias gubernamentales.

Pero, ¿por qué sacar un caudalímetro y llevarlo a un laboratorio para calibración si no es necesario hacerlo? Llegamos así a lo que se denomina autoverificación.

La autoverificación se realiza a pedido desde un sistema de automatización o en el propio instrumento. Durante la autoverificación, los diagnósticos realizan chequeos y luego generan un reporte que se puede usar para verificar que el dispositivo todavía está trabajando correctamente. Heartbeat Technology cumple con los requerimientos de una verificación trazable de acuerdo a DIN EN ISO 9001:2008, Sección 7.6a, “Control de equipos de monitoreo y medición”.

Esta tendencia a la autoverificación irá creciendo ya que ahorra tiempo y dinero. La autoverificación en un caudalímetro puede extender los ciclos de calibración por un factor de 10 o más. En algunos casos, incluso es posible reemplazar por completo las calibraciones en operación con autoverificación.

 

Caudalímetros en el contexto de una empresa

En el pasado, los caudalímetros eran cableados de vuelta a un sistema de automatización vía un sistema simple pero limitado que utilizaba cables 4-20 mA en un ducto y/o tendidos en una bandeja de cables. En el sistema de automatización, la única señal de caudal de proceso se utilizaba para controlar y monitorear una unidad o un proceso.

Hoy en día, la tendencia es usar un enlace de datos digital para enviar no sólo la variable de caudal del proceso a un sistema de automatización sino también muchos otros puntos de datos relacionados con otras variables, diagnósticos, calibración, etc.

HART, fieldbus Foundation y PROFIBUS PA/DP han estado en el mercado desde hace muchos años, pero se observa un crecimiento en cuanto a protocolos de Ethernet industrial, tales como EtherNet/IP y PROFINET.

También se dispone de protocolos de transmisión wireless, tales como ISA100 y WirelessHART. Si los caudalímetros no disponen de comunicaciones wireless, se pueden instalar adaptadores para convertir una salida 4-20 mA o HART a WirelessHART.

La microelectrónica moderna permite que los caudalímetros de hoy en día ofrezcan una gran variedad de opciones de comunicación. Un avance reciente es la incorporación de nuevos protocolos para facilitar la conexión a redes de empresa. Por ejemplo, un caudalímetro puede incorporar un paquete de aplicación para servidor OPC-UA que le permita comunicarse con un cliente OPC-UA y ser integrado en aplicaciones IIoT. Esto se consigue conectando el caudalímetro mediante una red LAN o WLAN, lo que permite que el DCS o el PLC esté dedicado a la función de control, mientras este camino adicional de comunicación puede estar dedicado a diagnóstico, monitoreo y/o reporte.

De esta forma, los caudalímetros podrán enviar ahora, lo que alguna vez fue un procedimiento complejo, información de caudal y estado a sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), CMMS (Compute­rized Maintenance Management System), ERP (Enterprise Resource Planning) y otras redes a nivel de empresa. Con estas nuevas capacidades de comunicación, el software puede acceder fácilmente a los datos que necesita directamente desde el propio dispositivo.

En el futuro, serán cada vez más los caudalímetros con conexión directa a redes de empresa.

 

Siguen los avances en caudalimetría
La línea Endress+Hauser de caudalímetros Coriolis y electromagnéticos viene con interfaces 4-20 mA HART, PROFIBUS PA, fieldbus Foundation, Modbus, EtherNet/IP o PROFINET, además de las capacidades recientemente incorporadas de servidor web, WLAN y LAN para conectarse directamente con la empresa.

 

Capacidades wireless

También la tecnología móvil está incursionando en el mundo de los caudalímetros. Los caudalímetros de hoy en día pueden tener capacidades wireless, Bluetooth y servidor web, lo que significa que es posible acceder a, probar, configurar y diagnosticar caudalímetros desde teléfonos inteligentes, tablets y dispositivos portátiles.

El futuro verá la incursión de la tecnología del teléfono inteligente. Por ejemplo, muchos displays incorporan ahora ‘botones’ ópticos o infrarrojos de modo que el mantenimiento pueda interactuar con los dispositivos a través de la cubierta, lo que permite su operación en áreas peligrosas y garantiza que la caja permanezca sellada respecto de los efectos ambientales, tales como humedad y lluvia.

También se seguirá viendo una mejor interacción con los caudalímetros, acercándonos a la forma en que interactuamos con otros teléfonos inteligentes y tablets.

 

Preparado en base a una presentación de Nathan Hedrik, de Endress+Hauser.

© 2018 Editorial Control. Desarrollado por Estudio Pionero.