Por qué una medición de flujo precisa es fundamental

En las aplicaciones de agua potable, el control preciso de las bombas es esencial. El objetivo es mejorar la eficiencia con un seguimiento preciso del volumen de agua por medio de los sistemas de distribución, mientras se identifican posibles problemas de rendimiento. Para lograr esto, se necesita una medición de flujo eficaz.

Contexto

Los esfuerzos regulatorios y legislativos para reducir el plomo que contienen todos los productos relacionados con la plomería que entran en contacto con el agua potable han aumentado. Las agencias federales y estatales de los Estados Unidos estipulan que los componentes de los sistemas de agua potable satisfacen la Ley de agua potable segura (Safe Drinking Water Act, SDWA) de la Agencia de protección ambiental de los Estados Unidos por medio de las normas que ha establecido NSF International, una organización no gubernamental sin fines de lucro reconocida por su experiencia en ciencia de la salud y ciencia ambiental.

Las normas que abordan las aplicaciones de agua potable incluyen la Norma 61 de NSF/ANSI: componentes del sistema de agua potable — Efectos sobre la salud, y la Norma 372 de NSF/ANSI: componentes del sistema de agua potable — Contenido de plomo.

La Norma 61 de NSF es una aprobación para el agua potable, mientras que la Norma 372 es un método de medición para determinar las características "sin plomo" (promedio ponderado de 0.25 por ciento o menos). Las Normas 61 y 372 están destinadas a garantizar la protección de la salud de los productos que entran en contacto con agua potable. Según estas normas, los sistemas de bombeo domésticos prefabricados deben estar certificados como un sistema completo.

Entender el rendimiento de la bomba

Los fabricantes involucrados en las tareas de producción de alimentos y bebidas y otros procesos sanitarios, al igual que los operadores de sistemas de agua municipales, utilizan bombas que satisfacen los requisitos de la SDWA. Estas bombas están hechas de acero inoxidable u otros materiales no peligrosos y deben ser fáciles de desmontar y limpiar.

El control preciso de los sistemas de bombeo es un tema esencial para tales aplicaciones, que con frecuencia se caracterizan por tasas de flujo bajas intermitentes y un consumo de agua reducido. En la actualidad, los sistemas de suministro de agua cuentan con tuberías grandes con velocidades de flujo bajo y una captura de volumen total baja.

Por naturaleza, el flujo generado por una bomba es volumétrico. La precisión de cualquier medición depende altamente de las propiedades del fluido. Es posible que las inexactitudes en la medición del flujo se deban a las condiciones del proceso, incluidos los cambios de temperatura, las variaciones de presión, la acumulación de aire y el desgaste de los componentes.

Los datos indican que la salida de flujo de la bomba puede variar significativamente debido a la degradación de los componentes, cambios ambientales o del sistema, o una combinación de estos.

Las tasas de flujo que pasan por las bombas se miden por varios motivos: para calcular las pérdidas del sistema de distribución al restar el total de lecturas del suministro total; para optimizar la desinfección; para tratar la corrosión; para controlar el rendimiento general de la bomba; y para determinar la facturación bruta en la transferencia de custodia.

La mayoría de los aspectos del rendimiento de una bomba se pueden asociar con el flujo de fluido. Entender el rendimiento de la bomba implica tener un conocimiento básico de las especificaciones y curvas de rendimiento relacionadas.

Elegir una tecnología de medición

Las organizaciones industriales, comerciales y municipales tienen varias tecnologías de medición de flujo de las que pueden elegir para lograr una precisión y un contacto seguro con el agua en aplicaciones de control de bombas. Hay varios medidores mecánicos y electrónicos disponibles para medir el flujo de líquidos.

Las opciones más comunes van desde medidores tipo turbina con componentes de acero inoxidable expuestos a contacto con humedad hasta medidores electromagnéticos y medidores ultrasónicos en línea y de pinza, todos los cuales pueden ser seguros para usar con agua potable.

Los medidores tipo turbina son una tecnología probada y una solución de bajo costo para tuberías más pequeñas. Se los conoce por su precisión, reducción amplia y mediciones repetibles. Los medidores tipo turbina generan una señal de salida de frecuencia de pulso de alta resolución que es proporcional a la velocidad del fluido y, por lo tanto, al índice de flujo volumétrico. Estos dispositivos se limitan a líquidos limpios y requieren recalibración y servicio periódicos.

Ciertos diseños de medidores de flujo basados en turbina están disponibles en una aleación de bronce sin plomo. Satisfacen los lineamientos de agua potable sin plomo y pueden estar certificados bajo las normas NSF/ANSI. Todos los componentes de estos medidores de aleación sin plomo forman parte del sistema certificado.

Los medidores de flujo de disco nutante también se usan comúnmente en la medición de agua, en particular con tuberías más pequeñas. Son populares debido a su alta precisión y repetibilidad, pero las viscosidades inferiores al umbral afectan el rendimiento negativamente.

Como la mayoría de los procesos de agua potable implican líquidos que son conductores, los medidores de flujo electromagnéticos son adecuados para muchas tareas de medición de flujo relacionadas. Estos medidores ayudan a lograr los objetivos de precisión de medición, por lo tanto el funcionamiento de la bomba es más eficiente a un costo menor. Aportan datos diagnósticos para tener mayor confiabilidad, conocimiento del proceso y costos reducidos.

Los medidores de flujo electromagnéticos han llegado a ser una solución asequible a largo plazo para una extensa gama de aplicaciones. Se diseñaron para lograr una precisión de hasta ±0.2 por ciento y, prácticamente, el diseño de tubo de flujo abierto no intrusivo elimina la pérdida de presión. Los medidores no tienen partes móviles ni obstrucciones de flujo y, relativamente, no se ven afectados por la viscosidad, la temperatura y la presión si se especifican correctamente.

Los medidores electromagnéticos tienen señales que son lineales contra el flujo. La reducción puede acercarse a un nivel de 20 a 1 o mejor sin perder la precisión. Ofrecen salidas codificadas.

Muchas personan optan por medidores de flujo ultrasónicos sin contacto, los cuales cumplen inherentemente con las regulaciones e instalación de NSF sin tener que interrumpir ni cortar la tubería. Al proveer una relación de reducción comparable con la de los medidores de flujo electromagnéticos, los medidores ultrasónicos modernos se han mejorado al tener mayor potencia y tasas de muestreo.

Los medidores ultrasónicos de tiempo de tránsito están diseñados para determinar tasas de flujo bidireccionales. Las ondas ultrasónicas se transmiten aguas arriba y aguas abajo a través de la pared de la tubería y el líquido que fluye en ella. Al medir la diferencia en el tiempo de tránsito y conocer el tamaño de la tubería, el medidor determina la velocidad y la tasa de flujo.

Los medidores ultrasónicos de pinza de tiempo de tránsito no tienen partes móviles ni partes que entran en contacto con la humedad, no pueden sufrir pérdida de presión y pueden proveer un funcionamiento sin mantenimiento. Al medir la velocidad del sonido del fluido, son capaces de reportar cambios en la temperatura del fluido y/u otras propiedades.

Los medidores de flujo ultrasónicos de pinza pueden solucionar una extensa gama de problemas de tasa de flujo, en particular en las bombas. Estos medidores ultrasónicos permanecen fuera de la tubería y facilitan la flexibilidad de instalación en una extensa gama de tamaños de tubería, sin tener contacto con el líquido interno y sin tener partes móviles.

Un medidor de flujo ultrasónico con sujeción puede ser una herramienta valiosa para administrar el rendimiento de la bomba y el sistema. El medidor puede proveer la información de referencia y perfil de carga que se requieren para optimizar la eficiencia del sistema y reducir el consumo y los costos de energía.

Al aprovechar el análisis de datos basados en la nube, los medidores de flujo más nuevos permiten tener mayor visibilidad y control. Los datos del medidor de intervalo aportan inteligencia procesable para mejorar la gestión del agua. Los datos de eventos y lecturas de medidores se transmiten al software del sistema por las terminales móviles. Esto ayuda a identificar fugas y otras anomalías en el rendimiento.

El artículo se publicó originalmente en la edición de mayo de 2019 de Pumps & Systems May 2019