Los procesos de fabricación de la industria farmacéutica presentan algunos de los desafíos más complejos para la instrumentación de proceso. En ellos es necesaria la medida de parámetros habituales tales como: caudal, nivel, presión, humedad, temperatura, etc., pero a menudo han de enfrentarse con caudales bajos, líquidos ultrapuros, a la vez que deben mantener siempre el requisito indispensable de unas condiciones higiénicas, estériles y sanitarias.

Entonces, cuando se presenta el desafío de la medida de caudal en una tubería, particularmente en una tubería existente, ¿a qué problemas debe enfrentarse el ingeniero de campo?

Obviamente es clave identificar una tecnología que funcione. A medida que aumenta la pureza del fluido, suele disminuir su conductividad, por lo que tecnologías como la medida de caudal por electromagnetismo no suele funcionar. Si sumamos a esto, los problemas desprendidos de la instalación de esta tecnología, tales como la interrupción de la producción y las dificultades para restablecer las condiciones estériles requeridas para reiniciar las operaciones, a la posibilidad de “proporcionar” sitios para que florezcan los microbios y el crecimiento de algas, hacen que estas tecnologías se descarten. La medida no invasiva del caudal mediante tecnología ultrasónica proporciona un método para medirlo de manera fiable y repetible sin interrumpir el proceso y sin comprometer la esterilidad del tubo.

¿Cómo funciona la medida de caudal ultrasónica?

Independientemente de si el medidor de caudal es de instalación fija o se trata de un equipo portátil, alimentado por baterías, el caudal es detectado por un par de transductores compactos (IP68) de acero inoxidable, que están fijados a la parte exterior de la tubería por medio de abrazaderas, cadenas o raíles de sujeción. Estos transductores emiten una señal ultrasónica a través de las paredes de la tubería y el líquido, y los pulsos ultrasónicos viajan tanto a favor como en contra la dirección del flujo. Cada transductor envía y recibe los "ecos" ultrasónicos que regresan a través del líquido que luego se analizan en la electrónica del caudalímetro. Con un análisis de señal avanzado, se comparan las señales emitidas en cada dirección y se calcula la velocidad del caudal. La medida resultante a través de un algoritmo se muestra en la pantalla del dispositivo y se transmite al control del proceso de la planta a través de señales analógicas o digitales.

Una manera fácil de comprender este principio de medida denominado "tiempo de tránsito" es imaginar un bote de remos en un río. Si remamos hasta a una distancia conocida río abajo y luego río arriba, el tiempo requerido en cada caso, difiere. La diferencia entre el tiempo aguas arriba y aguas abajo varía en proporción a la velocidad del caudal del río. De la misma forma los pulsos ultrasónicos son a la vez emitidos y detectados por el par de transductores situados a una distancia conocida, por lo que las reflexiones en el interior de la tubería se ven afectadas por la velocidad del caudal y se miden tanto “río arriba” como “río abajo”.

Particularmente en tuberías de pequeño diámetro la diferencia entre los tiempos “río arriba” y “río abajo” pueden ser cuestión de nanosegundos, por lo que la electrónica del caudalímetro ultrasónico debe incrementar el número de veces que realiza estas reflexiones o "pases" para aumentar la fiabilidad de la medición. El caudalímetro analiza los pulsos ultrasónicos reflejados, teniendo en cuenta el efecto que el material de la tubería tiene sobre el fluido, junto con la compensación del perfil de velocidad del medio líquido.

Puede ampliar la información sobre las tecnologías empleadas en la medida de caudal ultrasónico en el siguiente artículo>>

¿Cómo se instala un caudalímetro ultrasónico?

La instalación es muy sencilla, aunque, como con cualquier instrumento, deben seguirse ciertas pautas que provocarán una medida óptima. La clave es tener un flujo lo más tranquilo posible dentro de la tubería en el punto en que se realiza la medición. Para determinar este punto, existen pautas a seguir en cuanto a la distancia mínima a respetar desde un codo de la tubería, o desde una brida o conexión de la tubería, todo lo cual puede perturbar el flujo.

De cualquier modo, un buen y moderno caudalímetro ultrasónico deberá contar con herramientas integradas que ayuden a optimizar la instalación, maximizando la intensidad de la señal y proporcionando una respuesta dinámica para garantizar que los transductores se posicionen con precisión en la tubería.

El caudalímetro realiza una medición directa de la velocidad del caudal que luego se convierte, en función de la configuración de la unidad, en cualquier otro parámetro de caudal requerido dentro del proceso, como pueden ser litros por segundo. Normalmente las velocidades de caudal medibles por estos equipos van desde los 0.01 metros por segundo hasta los 25 metros por segundo.

Puede consular las preguntas frecuentes sobre caudalímetros ultrasónicos en este artículo>>

Aplicaciones Típicas

En términos generales, se puede usar un caudalímetro no invasivo en cualquier aplicación donde la tubería esté llena con un líquido que fluye. La primera pregunta que siempre debemos plantearnos es “¿qué estamos tratando de lograr con esta medida?”. Estos caudalímetros ultrasónicos no invasivos ofrecen una precisión típica inferior al ± 2% de la velocidad del caudal con una repetibilidad de alrededor de 0.15%, aunque se puede lograr una mayor precisión ± 0.5% si existe la posibilidad de calibrarlos contra el proceso específico donde se instalen. Puede haber medidas críticas que necesiten un enfoque diferente, fundamentalmente debido a la necesidad de precisiones mayores, por lo que el propietario del proceso deberá aceptar las molestias y el coste de un enfoque invasivo, como por ejemplo un caudalímetro tipo Coriolis. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones dentro de un entorno de proceso, una precisión alrededor del dos por ciento suele resultar adecuada.

Como hemos mencionado anteriormente, la tecnología de referencia para la medida de caudal ha sido durante muchos años el caudalímetro electromagnético (flujo magnético). Están bien probados y son efectivos, pero actualizar o sustituir una unidad significa irrumpir en la tubería, interrumpir el proceso y restablecer la higiene de la planta después. Un caudalímetro magnético depende de la conductividad eléctrica del líquido para funcionar. Los líquidos desmineralizados utilizados en la fabricación de productos farmacéuticos no son conductivos, por lo que estos caudalímetros no funcionarán; por lo tanto, los caudalímetros ultrasónicos no invasivos proporcionan una alternativa viable, incluso en tuberías de acero inoxidable de diámetro pequeño empleadas habitualmente.

Los caudalímetros ultrasónicos no invasivos son versátiles; permiten medir en tuberías desde 10 mm de diámetro hasta diámetros de 3 m, se pueden emplear en cualquier material de tubería acústicamente conductivo, incluidos los plásticos, soportan temperaturas de proceso de hasta 250 ° C, etc. Dentro de las operaciones farmacéuticas, se han implementado con éxito en la alimentación y en el agua residual de los procesos de membranas, incluidos los sistemas RO, alimentación a la planta de aguas purificadas y desionizadas y en muchas otras aplicaciones.

Los caudalímetros ultrasónicos no invasivos pueden ser tanto para instalación fija como portátil. Las versiones portátiles brindan la posibilidad de supervisar temporalmente el proceso, por ejemplo, para verificar el rendimiento de las bombas, lo que permite labores de mantenimiento predictivas. Para verlo de una forma más específica, una fábrica puede tener un programa de mantenimiento regular para una serie de bombas. Algunas de esas bombas habrán funcionado durante muchas horas, otras mucho menos, y el desgaste de las bombas puede haberse visto afectado por las condiciones del proceso cuando estaban en servicio. Con una simple medida ultrasónica, el rendimiento real de la bomba en comparación con el rendimiento esperado se puede determinar directamente, por lo que las prioridades de mantenimiento se pueden decidir sobre la base de los requisitos reales de reparación y servicio en lugar de considerar únicamente el tiempo de operación.

Otra aplicación cada vez más importante es la medida energética del calor, ya sea en toda la fábrica o en áreas específicas. Los caudalímetros ultrasónicos de mayor especificación pueden incorporar un segundo par de transductores, junto con un par de sensores de temperatura. Las mediciones de caudal y temperatura pueden por lo tanto integrarse para medir directamente el flujo de calor. Al comparar el flujo de calor "de entrada" con el flujo de calor “de salida”, puede medirse el consumo de energía, registrarse y rastrearse directamente, ya sea de manera fija o como una herramienta de investigación para identificar oportunidades de ahorro de energía.

Los caudalímetros ultrasónicos no invasivos son limpios, fáciles de instalar, utilizar y muy versátiles. El auge de la fábrica distribuida gracias a las tecnologías de la Industria 4.0 y el Internet Industrial de las Cosas (IIoT), junto con una mayor demanda de producción continua y la necesidad de reducir las devoluciones de productos en un entorno de alto valor como los productos farmacéuticos. Significa que este tipo de medida puede incorporarse fácilmente a un proceso existente y se vuelve cada vez más esencial. Los caudalímetros ultrasónicos no invasivos están configurados para ser una parte importante de ese crecimiento.

Si tiene dudas o quiere profundizar en estos temas, llámenos o contáctenos por e-mail. ¡Estaremos encantados de ayudarle!