Medición del consumo de gas natural: alternativa térmica a los contadores de rueda de turbina y a los cuantómetros

De un vistazo: los caudalímetros térmicos de CS INSTRUMENTS miden el consumo de gas natural sin piezas móviles y proporcionan directamente el flujo volumétrico estandarizado, lo que resulta ideal para la supervisión del consumo, la gestión de centros de coste y la gestión energética. Los modelos VA 550 y VA 570 están disponibles, según el modelo, con certificación ATEX/IECEx o con aprobación DVGW para gas natural (hasta 16 bar).

¿Cuándo resulta conveniente utilizar un medidor de flujo de masa térmico?

En las redes industriales de gas natural suelen utilizarse contadores de turbina, contadores de pistón y cuantómetros; los usuarios suelen referirse a ellos, en general, como contadores de rueda de paletas. Cuando los caudales bajos no se registran adecuadamente, las piezas móviles de medición requieren mantenimiento o faltan datos digitales de consumo, un medidor de flujo de masa para gas natural es una alternativa que merece la pena considerar.

Así funcionan los contadores de gas de rueda de turbina y de pistón giratorio, y cuáles son sus limitaciones. En el contador de gas de rueda de turbina, el flujo de gas incide sobre una rueda de turbina montada mecánicamente y la impulsa; la velocidad de rotación es proporcional a la velocidad del flujo y, a través de la sección transversal conocida de la tubería, al flujo volumétrico. En el contador de gas de pistones rotativos, la diferencia de presión impulsa los rotores en una cámara de medición, cada uno de los cuales encierra una cantidad de gas definida con exactitud y la transporta hasta el consumidor. El rango de medición útil de los medidores de gas mecánicos depende en gran medida del tipo de construcción, el tamaño, la presión de funcionamiento y el modelo: los medidores simples suelen funcionar con una dinámica considerablemente menor que un sensor térmico.

Los límites inherentes a ambos tipos de construcción son las piezas móviles: los cojinetes se desgastan por la suciedad o la abrasión y generan desviaciones en la medición; los excesos en el rango de medición pueden causar daños en los cojinetes; algunos cojinetes deben lubricarse periódicamente —lo que en la práctica se suele descuidar—; en caso de gas contaminado se producen desviaciones mayores y la limpieza resulta prácticamente imposible; en el caso del contador de gas de pistón rotativo, a esto se suma la pérdida de presión inherente a su diseño.

Medición de carga parcial y picos: los modelos VA 550 y VA 570 ofrecen un rango de medición de hasta 1:1000. Los caudales mínimo y máximo reales (Qmin/Qmax) siguen siendo determinantes. En los modelos VA 550 y VA 570, el rango de medición se puede seleccionar en función de la aplicación (Low Speed, Standard, Max y High Speed). Otras ventajas del principio térmico son la pérdida de presión insignificante y la medición de consumos mínimos: con mucha frecuencia, los modelos VA 550 y VA 570 se utilizan en secciones transversales de tubería grandes con consumos de gas reducidos, donde los medidores de gas mecánicos alcanzan sus límites.

Evitar el desgaste del rotor: el principio térmico mide a través de la disipación de calor de un sensor calentado, sin cojinetes de rotor y con una pérdida de presión adicional mínima. Los sensores (calentador y sensor de temperatura) están diseñados para un uso industrial en condiciones adversas y se encuentran integrados en un tubo de acero inoxidable delgado y robusto: sin cojinetes, sin desgaste, de fácil acceso y fáciles de limpiar en caso de suciedad. Los dispositivos son muy robustos y prácticamente no requieren mantenimiento.

Emisión directa de volumen normalizado: los medidores de gas mecánicos suelen ser contadores de volumen operativo; la conversión a volumen normalizado se realiza mediante convertidores de caudal externos con sensores adicionales de presión y temperatura. Para alcanzar la precisión requerida, estos sensores deben ser de alta precisión y estar situados en el contador o cerca de él; sus errores de medición se suman a la precisión del contador, que suele indicarse en volumen de funcionamiento. Los modelos VA 550 y VA 570 registran el caudal másico térmico y, a partir de él, indican directamente el flujo volumétrico estandarizado siempre que se apliquen los parámetros de gas adecuados y se establezcan unas condiciones de referencia definidas; para ello no se requiere un convertidor de caudal independiente con medición adicional de presión y temperatura. Para realizar comparaciones, las condiciones de referencia deben coincidir (p. ej., 0 °C; 1.013,25 mbar (a) según la norma DIN 1343 —también denominado m³/Nm³ normalizado—); para los balances de kWh, hay que añadir el poder calorífico.

Volumen de servicio o volumen normalizado: por qué la diferencia es decisiva en el caso del gas natural

Cuando la presión de funcionamiento es elevada, el volumen normalizado es mayor que el volumen de funcionamiento, en proporción a las presiones absolutas, con una corrección adicional por la temperatura. Si un volumen de funcionamiento se indica erróneamente como volumen normalizado o se procesa como tal, el consumo real de gas se subestima sistemáticamente, y el balance de kWh reproduce el error al pie de la letra, ya que depende linealmente del volumen:

A esto hay que añadir la referencia de temperatura: entre una temperatura del gas de 20 °C y la referencia normalizada de 0 °C hay una diferencia de aproximadamente el 7 %. Estos valores sirven a modo ilustrativo con un gas ideal; para la facturación o para una conversión de estado de alta precisión hay que tener en cuenta, entre otros factores, la temperatura, las propiedades del gas y la compresibilidad (normativa DVGW G 685). La fuente de error más frecuente en los balances energéticos no es la exactitud de medición, sino una referencia de volumen errónea que pasa desapercibida.

¿En qué casos resulta especialmente rentable la medición térmica del gas natural?

En las tuberías principales y de distribución, un punto de medida supervisa de forma continua el consumo total de un edificio, una zona o una sala de calderas; en el caso de tuberías existentes de gran tamaño, el VA 550 resulta interesante como sensor de inserción, ya que no es necesario instalar una sección de medida en línea completa con el diámetro nominal. Justo antes de cada consumidor individual (calderas, quemadores, instalaciones de producción) se puede ver qué consumidor necesita cuánto gas natural y cuándo: esta es la base para los perfiles de carga y los centros de coste. Lo más revelador es la combinación: la medición principal más los subcontadores muestran el consumo total y su distribución.

¿Cómo se transfieren los valores medidos al sistema de gestión energética?

En muchos contadores mecánicos ya instalados, la transmisión del valor de consumo se realiza únicamente a través de una salida de pulso; los contadores electrónicos modernos también pueden ofrecer interfaces digitales. Los modelos VA 550 y VA 570 pueden integrarse —dependiendo del modelo solicitado— directamente en el sistema de control central o en un software de monitorización energética a través de la interfaz Modbus TCP por Ethernet (caudal, consumo total, temperatura del gas); no es necesaria una pasarela RTU/TCP. La tecnología PoE opcional combina la transmisión de datos y la alimentación en un único cable de red, lo que reduce el esfuerzo de instalación, especialmente cuando hay varios puntos de medida. Como alternativa, se dispone de Modbus RTU, 4–20 mA, impulsos, M-Bus, IO-Link o HART.

Ventajas en el montaje, el mantenimiento y la recalibración

Reequipamiento del VA 550 como sensor de inserción: el sensor se instala a través de un acceso al proceso adecuado o de una válvula de bola. La escala de profundidad y la orientación definida garantizan una posición reproducible del sensor. El VA 550 está diseñado para presiones de funcionamiento de hasta 50 bar (modelo DVGW hasta 16 bar); el montaje y desmontaje bajo presión se realizan mediante una válvula de bola de ½" con anillo de seguridad.

VA 570 como solución en línea: durante la limpieza o la recalibración, la sección de medida permanece en la tubería; solo se retira la unidad del sensor. Para la recalibración, se envía el sensor; se pueden instalar sensores de recambio mientras dura la calibración, de modo que no se produzca ninguna interrupción del funcionamiento.

Manejo: en los modelos VA 550 y VA 570, las teclas ópticas permiten realizar ajustes sin necesidad de abrir la carcasa; el manejo de ambos dispositivos es idéntico. La información digital sobre el dispositivo y su estado (registros Modbus) facilita la localización de fallos y la documentación de traspaso.

Ejemplo práctico: del valor de consumo al indicador de proceso

En una aplicación de caldera se registran 330 Nm³/h de gas natural y 5.000 kg/h de vapor. A partir del consumo de gas, el poder calorífico y los datos de vapor se calcula el rendimiento de la caldera; en el ejemplo documentado, es del 84 %. De este modo, la mera medición del consumo se convierte en un indicador fiable para la eficiencia y el mantenimiento. (→ Informe de aplicación: calderas de vapor)

¿Qué caudalímetro de gas natural es el adecuado para la aplicación?

¿Qué hay que tener en cuenta con respecto a ATEX y la instalación de gas?

Los modelosVA 550 y VA 570 están disponibles, según la variante, con certificación ATEX/IECEx; el marcado Ex de estas variantes, según la ficha técnica, es: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (gas) y II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (polvo); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. En el modelo Ex, la temperatura del fluido admisible es de hasta 120 °C y el grado de protección es IP 65. El Certificado de examen UE de tipo se encuentra en la sección de descargas. La comprobación de la idoneidad para la zona específica de protección contra explosiones es responsabilidad del operador. CS INSTRUMENTS facilita para ello fichas técnicas y certificados Ex, pero no asume ninguna función de asesoramiento en lo que respecta a la clasificación de zonas o a la idoneidad para una instalación específica.