Los caudalímetros electromagnéticos se utilizan ampliamente en diversas industrias para medir con precisión el caudal, pero, como cualquier instrumento técnico, son sensibles a los factores ambientales. Comprender estos factores es crucial para garantizar un rendimiento óptimo y evitar posibles averías. En este blog, exploraremos los principales factores ambientales que pueden provocar fallos en los caudalímetros electromagnéticos, las causas más comunes y consejos prácticos para solucionarlos.
Índice
Principales factores ambientales que provocan fallos en los caudalímetros electromagnéticos
1. Campos magnéticos intensos
La capacidad de los caudalímetros electromagnéticos para resistir los campos magnéticos depende del diseño estructural del sensor. Por ejemplo, si la carcasa de la bobina de excitación del sensor está hecha de materiales no magnéticos (como aluminio o plástico), su capacidad para resistir las interferencias del campo magnético es menor. Si es de acero, es más fuerte. En la práctica, las interferencias fuertes de campos magnéticos son poco frecuentes, ya que las instalaciones suelen tener cuidado de evitar colocar el medidor cerca de campos magnéticos fuertes.
2. Ondas electromagnéticas intensas
Los caudalímetros electromagnéticos deben cumplir los requisitos de compatibilidad electromagnética, lo que significa que deben funcionar con normalidad en el entorno especificado de campos electromagnéticos radiados sin causar un deterioro del rendimiento del instrumento ni provocar su mal funcionamiento. Se han dado casos de interferencias provocadas por ondas de radio intensas.
Estudio de caso
En una planta de agua de Fujian se instalaron varios caudalímetros electromagnéticos, y uno de ellos mostraba importantes fluctuaciones de salida. La inspección in situ reveló que la instalación cumplía los requisitos, con el caudalímetro y el convertidor separados 50 metros y conectados por un cable apantallado dentro de un conducto metálico. El instrumento también funcionaba con normalidad. Sin embargo, se midieron interferencias en modo común de 1,7 V. La solución inicial consistió en aislar eléctricamente el caudalímetro, lo que redujo la señal de modo común a 0,6 V, pero la fluctuación de salida no mejoró significativamente.
Un análisis más detallado reveló que muy cerca del caudalímetro se encontraba una potente torre de transmisión de radio. Para confirmar si la fuente de interferencias se debía a esto, se trasladó temporalmente el convertidor a una posición situada a 3 metros del caudalímetro, y la señal de interferencia en modo común se redujo a menos de 0,1 mV. Aunque seguía siendo algo elevada, el funcionamiento del instrumento se normalizó. La causa principal del fallo era que, incluso con múltiples capas de cables de señal apantallados, seguían introduciéndose ondas electromagnéticas en el instrumento.
Este ejemplo muestra que cuando hay una interferencia significativa en modo común cerca de la instalación de un caudalímetro electromagnético de tipo dividido, las ondas de radio fuertes deben considerarse como una fuente potencial de interferencia durante el análisis de averías. Se trataba de un fallo poco frecuente durante la fase de puesta en servicio.
3. Corrientes parásitas en oleoductos
Cuando los caudalímetros electromagnéticos están correctamente conectados a tierra, pueden evitar la mayoría de las corrientes parásitas en la tubería. Sin embargo, a veces, incluso cuando se utiliza un cable grueso para puentear el caudalímetro y se consigue una conexión a tierra adecuada, las corrientes parásitas pueden seguir afectando al caudalímetro, lo que requiere medidas adicionales.
Caso práctico 1
En una planta de fundición de aluminio de Shandong, se utilizó un medidor electromagnético DN80 para medir lodos alcalinos. El caudalímetro tenía anillos de puesta a tierra instalados en ambos extremos, y el sensor estaba correctamente conectado a tierra. Sin embargo, el instrumento no funcionó correctamente hasta que se alejó 2 metros y se instaló un segundo punto de conexión a tierra para aislar la corriente parásita.
Después de que el contador llevara un tiempo funcionando, volvieron a aparecer fluctuaciones en la señal de salida. Tras eliminar la posibilidad de fluctuaciones de caudal y confirmar que el propio contador estaba en buen estado, se pensó inicialmente que el contador funcionaba mal. Tras observar la situación durante varios días, se comprobó que las fluctuaciones de salida sólo se producían durante el turno de día. Esta pista permitió descubrir que la avería se debía a una soldadura eléctrica realizada en la misma tubería, lejos del sensor de caudal electromagnético.
Caso práctico 2
En una empresa de suministro de agua de Zhejiang se instalaron dos caudalímetros electromagnéticos DN900. Uno funcionaba con normalidad, mientras que el otro experimentaba fluctuaciones de hasta 50% FS cada 1-2 horas. El usuario creía que ambos contadores tenían condiciones de funcionamiento similares y que el fallo estaba causado por el propio contador. Las inspecciones in situ revelaron que se habían instalado dos secciones de 0,5 metros de tubería de acero, bien conectadas a tierra y sin revestimiento, inmediatamente aguas arriba y aguas abajo del caudalímetro, seguidas de tuberías de acero revestidas de cemento. Las conexiones eléctricas y la toma de tierra eran todas correctas, y se descartó la pulsación del caudal de la tubería.
El convertidor y el sensor estaban separados unos 10 metros. Cerca había un transformador trifásico con una potencia de varios cientos de kVA, situado a 2 metros del convertidor y a 8 metros del sensor.
La avería se analizó con dos posibilidades: (1) interferencia del campo magnético del transformador de alta potencia, y (2) interferencia de corrientes parásitas en la tubería. Para verificar si el problema se debía a la interferencia del campo magnético, se apagó el transformador, pero debido a la complejidad de apagarlo, se adoptó un enfoque en dos pasos. El primer paso consistió en comprobar si había interferencias de corriente parásita en la tubería. Sin aplicar corriente de excitación, se midió el potencial entre los dos electrodos y se comprobó que era una tensión alterna distorsionada con un valor de pico a pico de 1V. Esto confirmó que el medidor estaba afectado por corrientes parásitas, a pesar de que la conexión a tierra estaba instalada.
La solución consistió en aislar eléctricamente el caudalímetro electromagnético, junto con los dos tramos cortos de tubo de acero, de la tubería, asegurando que el caudalímetro estuviera al mismo potencial eléctrico que el líquido. Tras esta modificación, el contador empezó a funcionar con normalidad, eliminando el impacto del campo magnético del transformador. La corriente de interferencia se midió a 60mAAC, con la corriente fluyendo aguas arriba del sensor de flujo.
Esta solución también puede aplicarse a las tuberías con corrientes de protección catódica, sirviendo como método para eliminar las interferencias de las corrientes de las tuberías.
4. Cambios en el potencial del suelo
Los cambios en el potencial de tierra pueden afectar a las mediciones de caudal. Por ejemplo, las caídas de tensión en las líneas de puesta a tierra debidas a otros equipos pueden provocar cambios en el potencial de tierra del caudalímetro electromagnético, lo que puede interferir en las mediciones, especialmente cuando hay una interferencia significativa en modo común.
5. Entrada de humedad
Los caudalímetros electromagnéticos utilizados en las industrias de suministro y drenaje de agua suelen instalarse en arquetas de contadores bajo el nivel del suelo, que pueden quedar sumergidas en agua de lluvia que no se ha drenado o incluso permanecer sumergidas durante largos periodos. Incluso cuando la caja tiene un grado de protección IP67 (hermética al polvo e inmersión de corta duración) o IP68 (hermética al polvo e inmersión continua), a menudo puede entrar humedad debido a juntas de la caja de bornes mal selladas, anillos de sellado mal instalados o diámetros exteriores de cables no coincidentes.
En el caso de los caudalímetros instalados en el suelo, si la tapa de la caja de bornes no está correctamente sellada, puede entrar humedad debido a los cambios de temperatura, lo que provoca condensación. Si la entrada de cables de la caja de bornes no está correctamente sellada, puede entrar fácilmente agua y humedad. Este tipo de problemas son habituales.
En la construcción, a veces los cables se cortan accidentalmente y se vuelven a conectar con cinta adhesiva. Puede que este problema no cause ningún fallo durante la operación inicial, pero con el tiempo, al deteriorarse la cinta, puede entrar humedad, reduciendo el aislamiento de los cables.
La entrada de agua y humedad en la caja de bornes puede reducir la fuerza y la resistencia del aislamiento, provocando que el bucle de señal de caudal no emita señal de caudal, y que el bucle de la bobina de excitación experimente desviación del punto cero o inestabilidad. En tales casos, se puede utilizar silicona u otros materiales de sellado para sellar los puntos de conexión.
Las carcasas protectoras de las bobinas de excitación no herméticas también pueden aspirar humedad debido al efecto de respiración. Si la temperatura del líquido es inferior a la temperatura ambiente, puede formarse condensación en la pared exterior del tubo de medición, y escarcha si la temperatura es inferior a 0 °C, lo que provoca un cortocircuito en el bucle de señal de caudal y lo hace ineficaz.
Estudio de caso
En una planta de agua de Kaifeng, un caudalímetro electromagnético DN200 medía el agua del río Amarillo, mientras que otro DN900 medía las aguas subterráneas. Se conectaron en paralelo dos caudalímetros DN1000 para medir el agua terminada. Tras dos años de funcionamiento normal, se descubrió que la salida de agua acabada era 10%-15% superior a la entrada. Tras la inspección, no se observaron anomalías en el funcionamiento del contador. Se realizó una prueba comparativa con un caudalímetro ultrasónico portátil y se comprobó que la señal de salida de los dos caudalímetros de agua terminada era superior a la esperada. Cuando se comprobaron los puntos cero, mostraron una desviación significativa. Basándose en la experiencia, se juzgó que el fallo se debía probablemente a la entrada de agua en la caja de bornes o a la humedad que afectaba a la bobina de excitación, lo que provocaba una reducción del aislamiento.
Tras limpiar la humedad y secar la caja de bornes con un secador de pelo, la resistencia a tierra del bucle de la bobina de excitación pasó de 5-6 MW a varias decenas de MW, y la desviación del punto cero volvió a la normalidad.
La causa del fallo era que el reducido aislamiento del bucle de la bobina de excitación creaba una gran resistencia de aislamiento y resistencia interna de la señal, lo que provocaba importantes interferencias en modo común. El amplificador frontal del convertidor era incapaz de suprimirlas, lo que provocaba un desplazamiento del punto cero del convertidor.
Conclusión
Los caudalímetros electromagnéticos, aunque son muy fiables en diversas aplicaciones industriales, pueden ser susceptibles a factores ambientales que afectan a su rendimiento. Cuestiones clave como los campos magnéticos intensos, las interferencias electromagnéticas, las corrientes parásitas en las tuberías, los cambios de potencial de tierra y la entrada de humedad pueden provocar un funcionamiento incorrecto o mediciones imprecisas si no se gestionan adecuadamente.
Para mantener la precisión y longevidad del medidor, es fundamental aplicar prácticas de instalación eficaces, como garantizar una conexión a tierra adecuada, utilizar blindaje para las ondas electromagnéticas y sellar los conectores para evitar la humedad. Al comprender y mitigar estas influencias ambientales, los usuarios pueden reducir significativamente la probabilidad de fallos operativos y garantizar mediciones de caudal uniformes y fiables en condiciones difíciles.
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