En 1967, Dietrich Standard Inc., que luego fue adquirida por Emerson, introdujo el elemento primario Annubar para el mercado de la calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). La figura 1 muestra el dibujo original del elemento de flujo Annubar.

Figura 1. Dibujo original del primer tubo Pitot promediado (Annubar). Cortesía de Emerson

El nombre se deriva del término ANNUlar Averaging BAR. Surgió entonces el interés del mercado industrial, y pronto se extendió el uso del "tubo de Pitot promediado - Annubar" en todo el mundo, para infinidad de aplicaciones en la mayoría de las industrias.

Figura 2. Un tubo de Pitot promediado montado sobre tubería. Cortesía de S.K.I. Schlegel & Kremer Industrieautomation GmbH

La figura 2 muestra una versión genérica del tubo de Pitot promediado - Annubar actual. Hay varias variaciones de este diseño, basadas principalmente en la forma de la barra, el método de posicionamiento de los orificios o puertos de muestreo y la disposición de los tubos de presión que recogen las lecturas de alta y baja presión dentro de la barra.

Sin embargo, todos los diseños de tubos Pitot promediados - Annubar funcionan básicamente de la misma forma.

El sensor está montado perpendicular a la dirección del flujo. La siguiente explicación utiliza el tubo de Pitot promedidado como sensor, pero el principio, por supuesto, también es válido para otros caudalímetros de presión diferencial (placas de orificio, nozzles , etc.).

La dirección del flujo es de izquierda a derecha. La zona azul ilustra la distribución de la velocidad del fluido dentro de la tubería. En la ubicación del sensor, el área de flujo está restringida. Por lo tanto, la velocidad del flujo alrededor del sensor debe aumentar. Esto provoca una zona de sobrepresión local frente al sensor, que podemos ver dibujada en rojo en la figura 2.

Del mismo modo, se forma una zona de baja presión en la parte posterior del sensor (técnicamente, la parte trasera puede denominarse lado de succión). La diferencia de presión entre estos dos lados se transmite a través del sensor a los transmisores de presión diferencial antes mencionados. Su tarea es convertir la presión diferencial en una señal eléctrica que pueda ser procesada posteriormente por el equipo electrónico (computador de flujo, sistema de control distribuido, etc.).

Figura 3. Teoría de Operación del tubo Pitot promediado – Annubar

Para un medio con densidad p, la relación entre presión diferencial ∆p y la velocidad del flujo se puede describir como:

Pero antes de seguir adelante con la forma de calcular el caudal en un tubo Pitot promediado – Annubar volvamos la vista atrás y recordemos cuales son los principios de operación de la medida de caudal por presión diferencial.

Daniel Bernoulli aplicó las leyes de conservación de energía a la medición del caudal a través de un orificio y desarrolló sus ecuaciones, que definen la relación entre la presión diferencial (DP) a través de un orificio y la velocidad del fluido que lo atraviesa.

En dinámica de fluidos, el principio de Bernoulli establece que, para un flujo no viscoso, un aumento en la velocidad del fluido ocurre simultáneamente con una disminución de la presión o una disminución de la energía potencial del fluido.

Conociendo la velocidad y el área de la sección transversal del orificio, podemos inferir el caudal volumétrico. Si también conocemos la densidad del fluido, podemos calcular el caudal másico.

Figura 4. Diagrama de presiones

Matemáticamente, tratando de expresarlo en los términos más simples, esto es expresado en la ecuación de Bernoulli:

Si bien esta relación es válida para muchos tipos de aplicaciones de fluidos, es una aproximación porque se aplica a un fluido ideal. Los fluidos reales tienen viscosidad, que crea pérdidas locales de energía que no se tienen en cuenta en la ecuación de Bernoulli.

A pesar de esta limitación, los caudalímetros de presión diferencial actuales utilizan la ecuación de Bernoulli para determinar el caudal con correcciones aplicadas por la naturaleza real de los fluidos, llegando a las siguientes ecuaciones:

Ecuación simple de caudal volumétrico por presión diferencial:

Ecuación simplificada de caudal másico por presión diferencial:

Ecuación de Caudal Másico totalmente compensado según la ISO5167:

Ecuación de Caudal Másico totalmente compensado donde se pueden ver qué influye a cada uno de los factores de la ecuación:

En función del tipo de fluido a medir y de las exigencias de cada aplicación, se empleará una ecuación u otra para determinar el caudal.

Características de los tubos Pitot promediados - Annubar

Baja pérdida de Carga

En los sistemas de tuberías, las pérdidas de presión son, en la mayoría de los casos, efectos secundarios indeseables. Minimizarlos es uno de los principales requisitos en la búsqueda de instrumentos adecuados. Por lo tanto, los dispositivos y sensores sin obstrucción de la sección transversal de la tubería son particularmente útiles. Estos incluyen dispositivos de medición por ultrasonidos o medidores de flujo magnéticos inductivos. Ambos métodos tienen limitaciones que a menudo hacen excluir su uso.

Los tubos Pitot promediado - Annubar se instalan muy a menudo donde los transmisores de presión diferencial también se pueden usar, de acuerdo con los estándares ISO 5167, AGA 3 o estándares específicos del fabricante.

Figura 5. Distintas configuraciones de tubos Pitot promedidados – Annubar. Cortesía de Emerson y S.K.I. Schlegel & Kremer Industrieautomation GmbH

La pérdida de carga o pérdida de presión es una pérdida de energía y generalmente significa un aumento indeseable de los costes operativos. Para el vapor, la pérdida de presión da como resultado una reducción de la capacidad de trabajo (por ejemplo, se puede usar menos presión en una turbina de vapor para generar electricidad). Con otros medios, como gas natural o aire de combustión, la pérdida de presión significa que se requiere más energía para generar suficiente presión para transportar los medios desde el punto A al B.

La siguiente tabla compara una medición de caudal de vapor típica, medida con una placa de orificio y con un tubo Pitot promediado - Annubar. El ejemplo muestra que las pérdidas de presión dan como resultado una pérdida considerable de energía y, por lo tanto, también de mucho dinero. Se puede observar que la pérdida de carga del tubo Pitot promediado – Annubar es más de cinco veces menor que la pérdida de carga en placa de orificio.

Alta precisión

Los tubos Pitot promediado - Annubar proporcionan, en comparación con las placas de orificio y nozzles según el estándar ISO 5167, una señal de salida altamente lineal. Esto significa que, independientemente de la velocidad del flujo y las propiedades del medio, la característica de transferencia de un tubo Pitot promediado - Annubar permanece estable en todas las condiciones especificadas. Este no es el caso de la mayoría de las placas de orificio y nozzles según el estándar ISO 5167.

Los problemas se muestran en la siguiente tabla: si la medición de una placa orificio se desvía de su punto de diseño, los errores de medición relacionados con el sistema aumentan considerablemente. El mismo problema surge con las nozzles. Entre los sensores según la ISO 5167, solo el tubo Venturi tradicional no se ve afectado en su mayoría por un cambio en el número de Reynolds (medida de la velocidad del flujo), comparable a un tubo Pitot promediado - Annubar.

Figura 6. Tubo Pitot promedidado de alta precisión, cortesía de S.K.I. Schlegel & Kremer Industrieautomation GmbH

La no linealidad de una placa de orificio se muestra con una aplicación de ejemplo sobre una medición de caudal de vapor (parámetros: diámetro = 250 mm, presión de diseño = 4 bar abs., temperatura = 150° C, diámetro de apertura del orificio d = 120 mm y relación de apertura (beta) = 0,48). La siguiente tabla se calcula en base a la información disponible en la norma ISO 5167 para la desviación del coeficiente de transferencia C del punto de diseño.

Los errores citados aquí no incluyen la incertidumbre de medición base. Estos errores deben tenerse en cuenta, además de los errores de linealidad mencionados anteriormente.

En comparación, a continuación, podemos ver los errores de medición no corregidos de un sensor tubo Pitot promediado – Annubar de S.K.I. Schlegel & Kremer Industrieautomation GmbH obtenidos en una calibración en un laboratorio de calibración acreditado ISO17025:

Versatilidad

Los tubos Pitot promediados – Annubar se pueden utilizar universalmente. Básicamente, se pueden usar en cualquier lugar donde otros caudalímetros de presión diferencial también se consideren adecuados. Esto se aplica no solo a las placas de orificio, nozzles y tubos venturi tradicionales según las normas ISO 5167 y AGA-3, sino también a los "V-cones" y otros dispositivos exóticos, a los que se atribuyen propiedades especiales.

Específicamente, los campos de aplicación incluyen

• Gases técnicos y naturales, incluso aquellos con alto contenido de agua (como biogás y gas de vertedero), contaminados por polvo o elementos corrosivos
• Líquidos (como agua de alimentación de calderas, condensado y aceite térmico)
• Vapor, incluso a presiones y temperaturas muy elevadas.

Los tubos Pitot promediados – Annubar no son adecuados para pastas, lodos y medios adhesivos. En agua conductiva, los tubos Pitot promediados – Annubar son adecuados, especialmente para diámetros pequeños, pero los dispositivos de medición inductivos magnéticos son, en términos económicos y técnicos de medición, el dispositivo más adecuado.

Figura 7. Tubo Pitot promedidado – annubar totalmente compensado. Cortesía de Emerson

Fácil de instalar

Para instalar un tubo Pitot promediado – Annubar en la tubería, debe:

• Marcar y taladrar los orificios necesarios en la pared de la tubería
• Preparar los puntos de soldadura
• Soldar el accesorio de instalación y, si es necesario, un contrasoporte en el lado opuesto
• Fijar el sensor en el accesorio de instalación
• El resto del trabajo (por ejemplo, conectar el transmisor de presión diferencial) se realiza de la misma forma que con otros sensores de presión diferencial.

Esto significa que:

• No es necesario cortar las tuberías
• Normalmente no se necesita una herramienta de elevación

Los componentes de instalación necesarios para instalar el tubo Pitot promediado – Annubar en la tubería se incluyen en el alcance del suministro.

Resumen:

• Flujo volumétrico / másico, preciso, basado en la medida de presión diferencial para gases, líquidos y vapor
• Medida multivariable de flujo másico, flujo volumétrico, presión y temperatura en un dispositivo
• Precisiones hasta ±0.3% de lectura
• Es posible el funcionamiento bidireccional
• Diámetros de tubería desde DN25
• Amplia gama de materiales, en función de las necesidades de la aplicación
• Temperatura del medio a medir: De -200° C a 1100° C
• Pérdida de carga mínima
• Alta repetibilidad
• Excelente tiempo de respuesta
• Bajos costes / requerimientos de instalación
• Amplia gama de electrónicas y computadores de caudal para ofrecer una medida totalmente compensada en presión y temperatura
• Versiones para fluidos corrosivos

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