Las claves de una regulación precisa

La medición del caudal de paso para fluidos líquidos o gaseosos sigue siendo un dato de vital importancia para la regulación precisa de muchos procesos industriales. Analizamos a lo largo de este reportaje cuáles son las novedades más destacables para la medida de caudal, sus ventajas específicas, así como su contribución tecnológica a la Industria 4.0.

La medición del caudal de paso para fluidos líquidos o gaseosos sigue siendo un dato de vital importancia para la regulación precisa de muchos procesos industriales. Los condicionantes para la elección de la mejor opción en cada caso son muchos: tipo y características del fluido a medir, viscosidad, pureza, máximos y mínimos, presiones, temperaturas, compatibilidad química, tamaño de la tubería… Pero no pretendemos desgranar todo esto en el siguiente artículo, sólo queremos averiguar cuál es el estado del arte de las soluciones ofrecidas por los principales fabricantes del sector: desde novedades destacables en la forma física de la medida, pasando por innovaciones para la calibración remota, buses específicos o cualquier opción original para el escalado de los datos de medida hacia el sistema de control. Y para averiguarlo, desde la redacción de AeI preguntamos a los diferentes expertos que han colaborado en la elaboración de este informe por sus novedades más destacables o disruptivas de su catálogo de soluciones para la medida de caudal. En este sentido, Nuno Almeida, Sales Engineer and Technical Sales Support de la división de Measurement & Analytics de ABB en España, responde que la compañía “siempre ha estado a la vanguardia del desarrollo de nuevas tecnologías y de la mejora de las mismas”. En este sentido, y en concreto en relación con la industria del agua, según explica Almeida, ABB fue pionero en el lanzamiento del primer medidor de flujo de batería, así como en su desarrollo. Así, AquaMaster, originalmente fue concebido para la medición de flujos bajos permitiendo, entre otros, la medición de flujos nocturnos. “Por otro lado, también me gustaría destacar la nueva versión del medidor de flujo electromagnético ProcessMaster 630”, continúa el ingeniero de Ventas, “que trae mejoras con respecto a su versión anterior y agrega nuevas características que siguen siendo diferentes de la competencia”. Y asegura: “Los diagnósticos en tiempo real le permiten mantener el proceso en ejecución. Además, al detectar las condiciones críticas del proceso en una etapa temprana, permite reducir el tiempo de inactividad no programado y el mantenimiento, ayudado por mensajes de texto claros que simplifican la resolución de problemas (ejemplo: verificación de ruido interno / puesta a tierra).

“Son varias las novedades destacables que Emerson ha lanzado durante los últimos meses siempre con el objetivo de proporcionar al usuario de sus caudalímetros diversas ventajas en distintos ámbitos de sus operaciones diarias”, añade, en este mismo sentido, Alberto Pérez Mangas, jefe de Producto de Caudal para Emerson Iberia, “por ejemplo, el medidor ultrasónico 3418 para aplicaciones de transferencia de custodia de gas natural o el caudalímetro el vortex 8800 Quad, que es una excelente alternativa a otras tecnologías tradicionalmente empleadas en funciones instrumentadas de seguridad.
Según sus palabras, el nuevo sensor MS Slurry junto con el transmisor 8782 constituyen la nueva referencia en caudalímetros electromagnéticos de Emerson. “Posibilita una medición precisa y estable en entornos de aplicación complejos como los que se encuentran habitualmente en las plantas de producción de pasta o industria minera”, explica. Y añade: “Por último, el medidor Coriolis de 4200 a 2 hilos reduce los costes de instalación e ingeniería gracias a la capacidad de compartir alimentación y señal sobre el mismo par de cables. El nuevo medidor a 2 hilos conserva los atributos principales de la tecnología coriolis: medición multivariable, no requiere ningún tramo recto de tubería o acondicionamiento de flujo, es una solución robusta, repetible y fiable sin piezas móviles, con una amplio rango de medición y precisión”.

Desde Endress+Hauser España, su Product Manager de Caudal, Oliver Reher García, agrega que todos sus caudalímetros, tanto para líquidos como para gases o vapores, incorporan la Heartbeat Tecnology (HB). La HB está compuesta por tres módulos: diagnóstico, el equipo avisa de cualquier defecto funcional del propio equipo o alguna condición de proceso que pueda provocar un malfuncionamiento del equipo; la verificación, el equipo tiene la capacidad de realizar una autoverificación que queda documentada en un informe que el operador de planta puede revisar para comprobar el estado funcional del equipo; y la monitorización, donde el equipo, además de medir el valor de la variable de proceso (caudal), es capaz de analizar y leer otros parámetros relacionados con la calidad o perturbaciones de proceso (por ejemplo, presencia de aire en un líquido) que pueden afectar a la medida final. Además, “todos los nuevos caudalímetros a 4 hilos (alimentación eléctrica y salida independiente)”, indica Reher García, “ofrecen la posibilidad de configurar el equipo a través del Servidor Web que llevan incorporado, (a través de un conector RJ45 o bien a través de comunicación WLAN (wifi)), y podemos conectarnos al caudalímetro para realizar su configuración”.

Ventajas específicas

Dando una vuelta de tuerca más, y al ser preguntados específicamente sobre las ventajas de estas nuevas soluciones de medición de caudal respecto a las anteriores, desde ABB lo tienen claro: “En su última versión, AquaMaster viene nuevamente a traer mejoras gracias a su novedosa tecnología”, explica Nuno Almeida. Según considera, en la era de los teléfonos inteligente y de la Industria 4.0, el uso de una aplicación móvil tiene mucho sentido. Por este motivo, “la primera novedad es que ABB ha desarrollado la aplicación ABB Velox (disponible para Android, y en breve para iOS), para enviar los datos recopilados mediante correo electrónico, mensaje de texto o cualquier otro medio para compartir archivo que se haya instalado en el dispositivo”. Como segunda novedad, AquaMaster se ha diseñado específicamente para que sea alimentado a baterías (solamente 2 de 3,6V de Litio), lo que consigue que el equipo pueda trabajar de manera ininterrumpida aproximadamente una media de 10 años (dependiendo de las condiciones operativas y del diámetro del equipo). “Para garantizar el mínimo impacto en el consumo de la batería, también se ha incluido en el dispositivo comunicación NFC para el intercambio de información”, explican desde ABB y añaden que el AquaMaster ha sido pensada como una solución Single-box, que permite tener registradores de datos internos de alta capacidad para registrar las mediciones inmediatas de flujo y presión, como los totalizadores. “Esta información, recopilada por la aplicación, permite realizar un análisis inmediato y local de los consumos realizados y detectar picos que pueden indicar fugas en el sistema”, añade Almeida.

En relación con el ProcessMaster 630, ABB ha incluido rutinas de diagnóstico que le permiten verificar que el potencial eléctrico está equilibrado analizando la puesta a tierra. Con el respaldo de la mejor tecnología de filtrado de ruido de su clase, ahora la señal permanece mucho más estable, lo que ayuda a mantener el proceso al máximo rendimiento. “La digitalización de la electrónica en el sensor, permite la simplificación de la conexión entre el sensor y el transmisor, siendo ahora necesario un cable de solo 4 hilos para alimentarlos y comunicarse entre ellos, además de permitir la validación de los datos recibidos por el transmisor”, continúa explicando Almeida para concluir que, finalmente, “nada de esto tendría sentido sin nuestras herramientas de verificación In situ”. En este sentido, la compañía ha desarrollado su herramienta ABB Ability Verification para dispositivos de medición, que permite verificaciones en una amplia y creciente gama de equipos en la cartera de ABB. Ahora es posible realizar comprobaciones en los medidores de flujo electromagnético, Coriolis, masa térmica, vórtice / remolino, así como el nivel de magnetorresistencia y láser.

“El nuevo medidor ultrasónico 3418 de 8 haces ofrece la mayor precisión y rendimiento de su clase. El 3418 combina la potencia de dos medidores de 4 haces entrelazados en un único cuerpo”, explica Pérez Mangas desde Emerson Iberia. “El segundo conjunto de haces es la imagen especular del primero”, continúa, “lo que permite al medidor cancelar los efectos de vórtices y el flujo cruzado. El ultrasónico 3418 cuenta con una clase de precisión 0.5 conforme a OIML y requiere sólo cinco diámetros de tramo recto y sin acondicionador de flujo”.

Exclusivo de Emerson, el 8800 Quad Vortex utiliza una barra doble, un sensor cuádruple y una configuración de transmisor también cuádruple para satisfacer las tolerancias de fallo de hardware y eliminar la necesidad de múltiples medidores de caudal. Según señalan desde la compañía, esta opción ofrece el más alto nivel de fiabilidad contra fallos espurios usando votación 2oo3 e incluye un cuarto transmisor para el control del proceso. Todo ello incorporado a los atributos singulares del vortex 8800 como su diseño para evitar obstrucciones o su sensor reemplazable en caliente, lo que permite aumentar la disponibilidad del medidor.

“El sensor MS Slurry + 8782 es un medidor de caudal electromagnético con bobinas aún más robustas, un campo magnético más fuerte y un procesamiento de señal avanzado patentado. Todo ello en conjunto permite un mejor control gracias a una señal sensible, pero estable incluso en aplicaciones de alto ruido como, por ejemplo, aquellas con una elevada concentración de sólidos”, indica el jefe de Producto de Caudal de Emerson.

Por otra parte, el coriolis a 2hilos 4200 permite reemplazar los dispositivos de caudal de 2 hilos existentes con el mínimo esfuerzo y sin incurrir en costos adicionales de alimentación o cableado. “Otra singularidad es que este equipo puede ser emparejado con sensores de tamaño mayor (hasta 4") que cualquier medidor de coriolis de 2 hilos en el mercado y es el único producto de este tipo que ofrece un reloj a bordo en tiempo real para poder poner un contexto temporal al amplio abanico de diagnósticos que incorpora, entre los que destaca Smart Meter Verification para la comprobación (in-situ, sin interrupción de la medida y sin herramientas adicionales) de la calibración del caudalímetro”, concluye Pérez Mangas.

Por su parte, Oliver Reher García se encarga de resumir las ventajas específicas de las novedades de Endress+Hauser. El Product Manager de Caudal asegura que con la Hearbeat Technology, “ofrecemos la posibilidad (sin desmontar el equipo de proceso y en 2 minutos) de realizar una verificación del estado del equipo y además generar un informe en PDF que es accesible para el operador de planta (desde el servidor web o desde un bus de comunicación HART, Profibus, Ethernet IP..), indicando claramente es estado funcional del caudalímetro sin la intervención de personal externo”. Y añade: “Incorporando un Servidor Web se ofrece la posibilidad al usuario de interaccionar con él sin ningún accesorio o software propio del fabricante. La comunicación es simple, se teclea una dirección IP en un navegador de internet en el PC y se accede a la página web del caudalímetro que permite la configuración de todos sus parámetros.

Medición de caudal y su incidencia en la Industria 4.0

Otro aspecto vital en los sistemas relacionados con la media de caudal tiene que ver con la contribución de este tipo de tecnologías en la tan reconocida Industria 4.0. En este sentido, desde Endress+Hauser España consideran que hoy en día, los caudalímetros, además de ofrecer salidas eléctricas para la medida de caudal, tienen la capacidad de medir aspectos que pueden evolucionar en el tiempo. “Con la Heartbeat Technology, ofrecemos la posibilidad de cambiar un mantenimiento reactivo a un mantenimiento predictivo”, puntualiza Reher García. En su opinión, analizando la evolución en el tiempo de algunos parámetros (al margen de la medida de caudal de líquido, gas o vapor para el que está diseñado el equipo), podemos analizar aspectos como la corrosión o deposición de adherencias que con el paso del tiempo pueden provocar un mal funcionamiento del equipo. “Asimismo, el equipo puede ver si el aire o la alta viscosidad de un líquido pueden afectar a la precisión especificada del propio caudalímetro”, concluye.

“Gran parte de nuestras soluciones específicas que tenemos desarrolladas y que estamos desarrollando actualmente para el sector se centran precisamente en la digitalización”, añaden desde ABB, “a través de nuestra plataforma integrada ABB Ability unificamos nuestra oferta digital a nivel cross-industrial, extendiéndose desde el instrumento hasta la nube con instrumentos, sistemas, soluciones, servicios y una plataforma única que permite a nuestros clientes saber más, hacer más y mejor en sus proyectos. Es más, desde la compañía consideran que “ninguna modernización y paso adelante en digitalización es posible sin el instrumento adecuado, capaz de medir de manera eficiente y fiable el dato y a su vez compartir y permitir al sistema de control interpretar y consignar la planta de manera autónoma”.

“Todos estos equipos empiezan a incorporar nuevos sistemas de comunicación para poder conectar a dispositivos móviles o tablets mediante diversas tecnologías”,
Christian Langenberger, director de Mabeconta

Por su parte, Mabeconta no cesa de incorporar a su catálogo de productos diferentes equipos y sistemas con tecnologías innovadoras que ayudan a la transformación digital de la industria, potenciando así el crecimiento de la llamada Industria 4.0 que requiere cada día mayor precisión y automatización. “Todos estos equipos empiezan a incorporar nuevos sistemas de comunicación para poder conectar a dispositivos móviles o tablets mediante diversas tecnologías como Bluetooth, que ampliará las utilizadas ya actualmente como HART, Ethernet/IP, Pactware, etc”, explica Christian Langenberger, director de Mabeconta.

“Sin lugar a duda, la Industria 4.0 y las nuevas tecnologías impactan de lleno en los instrumentos de caudal, opina Pérez Mangas, “hoy en día la disponibilidad de información que se puede obtener y se requiere de un caudalímetro trasciende mucho más allá de la simple variable primaria”.

Así, en Emerson consideran que caudalímetros como los coriolis disponen de un amplio abanico de variables que pueden medir, no únicamente del proceso en sí, sino indicadores del funcionamiento del propio medidor. “No sólo ofrecen una mayor visibilidad de lo que están aconteciendo en nuestro proceso, sino que además ofrecen una potente herramienta para la detección temprana de problemas”, explica el jefe de Producto de Caudal. Y concluye: “Diagnósticos como Smart Meter Verification permiten detectar problemas de recubrimientos no uniformes, erosión, corrosión y otros desafíos comunes de instrumentación de proceso, permitiendo fortalecer los programas de mantenimiento preventivo y la implementación de estrategias de la Industria 4.0”.

Medidas de caudal para aire comprimido

Centrándonos exclusivamente en las medidas de caudal para aire comprimido, en Festo apuntan a los nuevos módulos de eficiencia energética MSE6. Estos suponen un antes y un después en cuanto a la medición de caudal en instalaciones de aire comprimido y van un paso más allá de la medición ya que, además de monitorizar el consumo de aire midiendo caudal y presión, actúan activamente reduciéndolo desde la propia unidad de tratamiento de aire de la máquina.

“Desde Festo”, indica Pau Martínez Ruiz, Product Marketing manager, “ya hemos abordado soluciones de medición de caudal capaces de digitalizar los valores leídos y con la electrónica integrada necesaria para almacenar y generar información de valor (como valores máximos y mínimos históricos, horas de operación, incidencias acumuladas)”. Todo esto, según considera, haciéndola accesible mediante protocolos estandarizados como IO-Link, siendo el ejemplo más reciente, el caudalímetro SFAH. “Respondiendo entonces a la pregunta, los módulos MSE6, además de las prestaciones que acabo de citar, aportan dos nuevas ventajas claras. Primero, reducir activamente el consumo de aire: la familia MSE6 además de medir caudal, monitoriza el consumo de forma continua y en cuanto detecta consumos residuales identificados como fugas, actúa cortando la alimentación del aire para evitar consumos no productivos. Solo esta función, justifica la implementación del equipo, pues en muchas situaciones, tras una auditoria energética, identificamos que, tras su implementación, el ROI de una unidad MSE6 puede encontrarse entre un año y año y medio”. La segunda ventaja es la de facilitar la adquisición descentralizada de información. “MSE6 se integra como un participante más de la red de bus de campo, lo que supone acceso directo a su información por parte de dispositivos Edge, consiguiendo así, una visibilidad de la actividad del proceso a pie de fábrica de forma sencilla”, explica el Product Marketing Manager de Festo.

“Ya hemos abordado soluciones de medición de caudal capaces de digitalizar los valores leídos y con la electrónica integrada necesaria para almacenar y generar información de valor”, Pau Martínez Ruiz, Product Marketing Manager de Festo

¿Y cuál es su aporte a la Industria 4.0? Muy sencillo. La medición de caudal, cuando hablamos de aire comprimido, tiene un uso inmediato, que es cuantificar uno de los mayores costes productivos de una fábrica, que es la generación de este. “Tomando un ejemplo sencillo, si hablamos del caudal como consumo, estaríamos trabajando con un indicador que, a priori, nos serviría como punto de partida de cara a la monitorización del efecto de nuestras mejoras”, puntualiza Pau Martínez Ruiz. Sin embargo, según considera, en términos I4.0, el valor adicional, se encuentra en los nuevos usos que podemos dar a esta información. Las variaciones inherentes de un sistema mecánico toman un nuevo papel; al medir y digitalizar diferentes indicadores mecánicos hasta ahora independientes, podemos cruzar la información generando nuevo valor. El resultado del valor generado puede enfocarse en diversas formas no excluyentes, mantenimiento predictivo, reducción de rechazos, reducción del consumo energético, etc. “A fecha de hoy, en Festo hemos implementado soluciones como las mencionadas tanto en nuestros centros productivos, como con nuestros clientes con resultados más que satisfactorios”. ¿La mejor parte? Estas mejoras se construyen, implementan y materializan como y sobre datos, por lo tanto, el resultado de la mejora es cuantificable y medible. “Concluyendo, hablemos de caudal como potencia oleo hidráulica, como refrigerante de un proceso o como componente en un proceso continuo, la naturaleza de su medida va a ser relevante, en mayor o menor medida según nuestro objetivo, en un entorno I4.0”.