Mediante sistemas de medición basados en el efecto de Coriolis

Envasado gravimétrico de alta precisión y velocidad para líquidos y gases

Iberfluid Sistemas01/06/2004

La medición directa del caudal másico permite la determinación exacta de la masa de un fluido que circula por una tubería con total independencia de la conductividad de los fluidos, densidad, viscosidad etc. Mediante un sistema de control apropiado y un conjunto de válvulas adecuadas se facilita la dosificación de líquidos. De este modo se suprime la necesidad de tener que pesar recipientes, del tipo que sean, después de su llenado. Además se obtienen ventajas significativas en el manejo y la logística frente a sistemas pesadores convencionales.

Es posible llenar recipientes de cualquier tamaño y tipo, en un tiempo mínimo, con una masa predeterminada y procesarlos en tiempo real. Los tiempos de ciclo dependen esencialmente del tiempo de reacción y de la reproducibilidad del caudalímetro utilizado. Además, la calidad de las válvulas y del sistema de control tienen también una influencia decisiva en la exactitud de dosificación.

Exigencias para el caudalímetro:

Muy buena reproducibilidad bajo las siguientes condiciones: vibraciones relativamente fuertes y variaciones pronunciadas de la presión en funcionamiento normal en la transición “start- stop”.
Tiempo de respuesta muy corto (por ejemplo, 100 mseg. o menor) conservando una muy buena reproducibilidad.

En instalaciones de dosificación con ciclos cortos de trabajo de las válvulas, las influencias perturbadoras en el equipo de medición son considerables. Debido a la apertura (start) y al cierre (stop) de válvulas, el medio provoca golpes de ariete y vibraciones en la instalación. Cuanto más corto es el proceso de envasado, más corto resulta también el tiempo de medición efectivo sin perturbaciones. Por el reducido tiempo de reacción requerido del equipo de medición, no es posible aplicar el procesamiento de señales normalmente utilizado por muchos fabricantes de caudalímetros (formación de promedios, filtros específicos, etc.). Las elevadas exigencias en cuanto a estabilidad y reproducibilidad del sensor, son la causa del fracaso de gran número de caudalímetros Coriolis disponibles en el mercado, para el tipo de aplicación anteriormente mencionado. Cuanto más pequeña es la cantidad y más cortos los ciclos de dosificación, más crítica resulta la aplicación, sobre todo con respecto al equipo de medición.

Esquema de funcionamiento “Batch” Rojo: válvula, caudal real (el caudalímetro debe seguir exactamente este caudal real) Azul: señal de salida de un caudalímetro másico inadecuado (estos caudalímetros no adecuados para máquinas de llenado incorporan electrónicas con funciones estabilizadoras de la señal, el resultado es un tiempo de retardo y el consecuente error en su función de integración)

Ventajas del diseño de oscilación giratoria

El principio patentado de oscilación giratoria es único, lo que, debido a sus características específicas, conlleva ventajas sobre todo en procesos de dosificación rápidos. Es posible alcanzar una elevada reproducibilidad junto con un tiempo de respuesta muy reducido.

Sensor de medición conforme al principio de “oscilación giratoria”

A Tubos de medida B Masas de inercia C Barras de torsión D Bobinas motrices E Bobinas sensoras F Bridas de conexión G Bloque de conexión H Caja de interconexión

Estas características especiales se deben al sistema inercial, compuesto por las barras de torsión y las masas inerciales, que permiten mantener la frecuencia de oscilación, incluso bajo el efecto de fuertes vibraciones o de la atenuación debida a un medio no homogéneo.

El tubo circular de medición incorporado a este conjunto está sujeto a un movimiento oscilatorio bien guiado y constante, sin sufrir deformaciones esenciales. Sólo las fuerzas de Coriolis, que actúan como consecuencia del flujo que circula por el interior de los tubos, provocan un desplazamiento elástico del tubo de medición. Gracias al diseño optimizado del sistema de oscilación se consigue una amplitud relativamente grande de las oscilaciones, de lo que resulta una fuerza de Coriolis considerable que causa el desplazamiento correspondiente de los tubos de medición y permite el aprovechamiento óptimo de este efecto físico.

Debido a la amplitud de oscilación relativamente grande, la relación entre señal y ruido es especialmente alta, de modo que el sensor es, prácticamente, insensible a las vibraciones de las líneas.

Ejemplos de aplicación

Refrigerantes: Ha sido posible envasar refrigerantes con lotes inferiores a 30 gramos en menos de dos segundos con una repetibilidad mejor que +/- 0,1 por ciento del valor de medición con estabilidad en el tiempo. Actualmente, estos sistemas de envase de refrigerantes con equipos de medición de Rheonik están ampliamente acreditados en este mercado.

Llenado con gas natural: Los equipos utilizados en el suministro a vehículos de gas natural comprimido como combustible, disponen de homologación del PTB alemán, tanto para los caudalímetros como para la instalación de llenado completa, ya que del resultado de la medida del medidor Rheonik se derivará una transacción económica.

Desde una batería de depósitos con una presión de aproximadamente 200 bar se llena el depósito, por ejemplo, de un camión. Inicialmente, cuando la diferencia de presión es grande, se alcanza el caudal máximo, el cual disminuye paulatinamente con la reducción de la diferencia de presión. El equipo de medición cubre en este caso un rango de caudal superior a 1:40 (véase la figura).

Instalación de envasado (lineal): En la instalación llenadora de botellas y envases para distintos productos (por ejemplo agua destilada, aceites de motor, etc.), que se observa en la fotografía, se llenan y transportan, simultáneamente, cuatro recipientes mediante cuatro equipos de medición Rheonik.

En el llenado de recipientes se pueden procesar, sin problemas, tanto fluidos como tamaños de recipientes muy variados.

Máquinas rotativas para el llenado de bolsas: Mediante los equipos de medición de caudal másico Rheonik, se envasan con alta precisión productos farmacéuticos en bolsas. Mediante esta instalación es posible llenar recipientes con cantidades entre 20 g y 1000 g. En el caso de una cantidad de 20 ml, la instalación llena 920 bolsas por hora. Con un ciclo de pausa constante de 2 s resulta un tiempo de dosificación de poco menos de 2 s (véase la foto).

Se puede llegar a dosificaciones inferiores a 2 s (500 mseg. por ejemplo)

Conclusión

Una instalación de llenado utilizada en la zona límite requiere un elevado nivel de coordinación. El elemento más débil y con menor reproducibilidad en la cadena formada por: presión de alimentación constante, equipo de medición, válvula, y equipo de control, será el factor determinante para conseguir la calidad de la instalación entera.

Las experiencias demuestran que mediante sistemas de dosificación equipados con caudalímetros másicos Rheonik, y consiguiendo la empresa fabricante de la máquina de llenado una optimizando del resto de elementos de la cadena implicada en la dosificación, es posible obtener resultados notables.

Seguramente, el envase de lotes de 20 a 30 g en menos de 2 segundos con una exactitud de +/- 0,1 por ciento es un hito digno de mencionar.