Preparada para el futuro: medición de caudal por ultrasonidos en instalaciones de antorcha

La normativa medioambiental es cada vez más estricta en muchas industrias de todo el mundo. La tecnología de ultrasonidos está ampliamente consolidada desde hace años en los sectores de refinado, química y petroquímica. Ahora, la creciente presión normativa y las mayores exigencias de información están adquiriendo un papel decisivo.

Lo que incrementa la necesidad de contar con una medición de antorcha altamente fiable y con datos disponibles incluso en condiciones operativas difíciles. Aunque las normativas de los sectores de refinado, química y petroquímica ya están bien establecidas, en muchas otras industrias se observa una búsqueda activa de soluciones técnicas que permitan anticiparse y cumplir futuras exigencias medioambientales. En el ámbito de la elaboración de informes, la tecnología por ultrasonidos ofrece ventajas destacadas frente a otras tecnologías.

La medición por ultrasonidos del caudal es una tecnología ampliamente consolidada en la medición de fluidos. Se utiliza en un amplio rango de aplicaciones, que van desde la transferencia de custodia hasta la medición del caudal de antorcha y la monitorización de emisiones. En esencia, los caudalímetros por ultrasonidos determinan la diferencia en el tiempo de tránsito de las señales acústicas que viajan a favor y en contra del flujo a lo largo de una misma trayectoria. A partir de esta diferencia, calculan la velocidad media del flujo. Por "velocidad media del flujo" se entiende la velocidad media del flujo en la sección transversal de la tubería.

Un objetivo clave de la medición del caudal de antorcha es cuantificar con exactitud las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero). En los últimos años ha aumentado el interés por lograr una medición precisa de los GEI. Las tasas e impuestos sobre la contaminación atmosférica aumentan continuamente. Por tanto, también aumenta la necesidad de disponer de mediciones precisas y accesibles. En la industria del petróleo y el gas, así como en los sectores químico y petroquímico, las exigentes condiciones de los gases de combustión representan un desafío significativo para las tecnologías de medición:

• Velocidades de gas de 0 m/s a 120 m/s
• Cambios rápidos en la velocidad del gas
• Mezclas de gases que cambian rápidamente con gas natural, hidrógeno, dióxido de carbono, etc.

Garantizar la disponibilidad de las mediciones incluso a las velocidades de gas más elevadas es una de las características más importantes de un sistema de medición de antorchas. La innovadora tecnología ASC (correlación de sonido activa) amplía ahora hasta en un 30 % el rango máximo de caudal alcanzable. ASC correlaciona la velocidad del gas con el ruido específico de la aplicación generado en condiciones de alto caudal. En este caso, el sensor funciona como un micrófono. De este modo, la tecnología patentada ASC permite una cobertura aún mejor de los posibles eventos de gas de antorcha.

La integración entre el software y el firmware habilita numerosas funciones y ventajas adicionales. El sistema de automonitorización proporciona información valiosa sobre el estado del equipo, permite visualizar tendencias y destaca cualquier cambio relevante. Los fallos de la aplicación se detectan y documentan de inmediato, lo que permite prescindir de la laboriosa localización de averías. Cuando se solicita, el sistema realiza una verificación automática y registra su estado actual. De este modo, los usuarios pueden disponer de una forma muy sencilla para crear documentos que contribuyan a demostrar que se cumple la normativa sobre emisiones. - todo a distancia y sin necesidad de enviar a un técnico de servicio sobre el terreno. Lo que permite reducir en gran medida los riesgos operativos y de seguridad.

Los sistemas de automonitorización, como i-diagnostics™, permiten pasar de un mantenimiento basado en intervalos fijos a un mantenimiento basado en el estado real del equipo, lo que reduce la frecuencia de las intervenciones y, en consecuencia, los costes de mantenimiento.

Los caudalímetros de gas de antorcha basados en ultrasonidos se emplean en un amplio abanico de aplicaciones, cada una con requisitos muy específicos. Por ello, es imprescindible comprender en profundidad los retos particulares de cada caso para poder ofrecer la solución más adecuada. En el sector de las refinerías, por ejemplo, la normativa actual de la EPA exige un valor calorífico mínimo en la zona de combustión de 270 BTU/scf. Además, se requiere un parámetro de dilución del valor calorífico neto de NHVdil ≥ 22 BTU/pie2 para todas las antorchas asistidas por vapor. Todo ello manteniendo un alto rendimiento de combustión. Para cumplir estos requisitos y mantener la temperatura de calentamiento en el nivel adecuado, también pueden emplearse caudalímetros por ultrasonidos de gas para regular el suministro de vapor.

El nuevo caudalímetro de gas de antorcha FLOWSIC100 Flare-XT se encuentra disponible en tres versiones diferentes. Todas ellas pueden configurarse como sistemas de medición de 1 o 2 trayectorias. Las instalaciones de tipo atravesamiento de conducto (cross-duct) y los sistemas de sonda de boquilla única están disponibles en cualquiera de las configuraciones de trayectorias. La versión con sonda es adecuada para un montaje compacto desde un solo lado, lo que reduce al mínimo el trabajo de instalación. La versión de 2 trayectorias ofrece una alta precisión de medición incluso en condiciones de flujo difíciles y proporciona redundancia. Además, un mecanismo de retracción permite sustituir los sensores de forma sencilla y rápida durante el funcionamiento de la planta. La potente unidad de interfaz se conecta fácilmente a una amplia variedad de sistemas y redes gracias a sus numerosas interfaces.

La unidad de interfaz procesa las señales entrantes y calcula parámetros como el peso molecular, el caudal másico y el volumen de gas, así como valores de referencia estandarizados. A través de una interfaz de infrarrojos, el sistema puede manejarse intuitivamente desde un ordenador portátil o una tableta gracias al software FLOWgate™. Las interfaces Ethernet y RS-485 integradas permite monitorizar a distancia el estado del equipo.

Los parámetros clave y los datos de los valores medidos, como el caudal volumétrico, el caudal másico o el peso molecular, se procesan, evalúan y almacenan de forma fiable. La memoria interna permite archivar permanentemente los datos de forma segura y estructurada. Gracias a la comunicación digital sin interferencias, la unidad de interfaz puede instalarse a una distancia de hasta 1.000 m del punto de medición. Por tanto, ya no es necesaria una unidad de control local, encapsulada a presión y potencialmente cara.

Algunos principios de medición, como la medición por masa térmica, requieren gas limpio para funcionar correctamente. La tecnología por ultrasonidos, en cambio, puede compensar la suciedad o la contaminación en los sensores aumentando automáticamente la intensidad de la señal. De este modo se optimizan los intervalos de mantenimiento, se incrementa la disponibilidad de las mediciones y se reducen los costes operativos. Además, la medición por ultrasonidos de gas de antorcha es la única tecnología capaz de operar con un intervalo de medición de hasta 1:4000. No es necesario centrarse en condiciones de flujo altas o bajas, ya que permite medir velocidades desde 0,03 m/s hasta 120 m/s.

Endress+Hauser también ofrece el transmisor FLOWSIC100 Flare-XT, un equipo fiable y robusto que no requiere recalibración y que está diseñado para satisfacer las exigentes condiciones de las aplicaciones de fracturación hidráulica. Los sensores se conectan directamente a un ordenador de caudal ya existente. En esta configuración de producto no se precisa la unidad de interfaz ni tampoco transmisores de presión o temperatura.

En la medición de caudal en antorcha, cada aplicación es diferente: la temperatura, la presión, la composición del gas, la velocidad, etc., pueden variar por completo. Por ello, Endress+Hauser ofrece una evaluación individual de cada punto de medición y determina la solución óptima para cada aplicación. Una vez realizada la evaluación, el cliente recibe —a nivel global— una hoja de datos específica para cada punto de medición con la evaluación de la aplicación de gas de antorcha.