Cuando se cambia del flujo de un gas a un flujo de un gas diferente en el mismo flujómetro, ¿son las nuevas mediciones con el nuevo gas tan precisas como con el gas de calibración original? Como el creador de las calibraciones de medidores de flujo de gases múltiples hace unos 20 años, a Alicat se le hace esta pregunta con frecuencia. En esta publicación, vamos a analizar el enfoque de Alicat sobre la selección de gases y por qué no se experimenta ningún cambio en la precisión cuando se cambian gases en un instrumento de flujo másico de Alicat.

Una revisión de las leyes de los gases no ideales

Los medidores de flujo másico laminar de Alicat, basados en presión diferencial, determinan los caudales midiendo las caídas de presión a través del elemento de flujo laminar (LFE). Los caudales más altos generan caídas de presión proporcionalmente mayores. Suena fácil, ¿verdad? Se complica más cuando observamos el comportamiento del gas en el mundo real, lo que influye en la viscosidad de un fluido (su resistencia al flujo). Según Poiseuille, la caída de presión de un fluido fluyendo es directamente proporcional a su viscosidad absoluta a un caudal determinado en condiciones laminares. Por ejemplo, la miel es más viscosa que el agua, por lo que tiene una resistencia mucho mayor al flujo que el agua y genera una mayor caída de presión con el mismo caudal. (Pero no ponga miel en su medidor de flujo Alicat.)

¿Qué afecta la viscosidad del fluido? Cada fluido, ya sea líquido o gaseoso, tiene una viscosidad absoluta inherente que habla de sus interacciones a nivel molecular. La viscosidad no está relacionada con el peso molecular. Tanto el hidrógeno como el helio tienen pesos moleculares mucho más bajos en comparación con el aire, pero mientras que el hidrógeno tiene aproximadamente la mitad de la viscosidad del aire (fluye más fácilmente), el helio tiene una viscosidad ligeramente más alta que el aire. La viscosidad también aumenta con la temperatura y, mucho menos, con la presión. Para los gases, la viscosidad absoluta varía con la raíz cuadrada de la temperatura absoluta. Por otro lado, la presión tiene efectos mínimos sobre la viscosidad, aumentando la viscosidad del aire a 25°C sólo 0,8% de 1 a 10 bar.

Otra complicación es la compresibilidad del gas (z), que es una medida de lo mucho que el comportamiento de un gas se aparta de las leyes ideales del gas (PV=nRT). Dado que un valor z de 1 indica el comportamiento ideal del gas, normalmente los gases con moléculas más complejas presentan factores de compresibilidad más bajos (z en la ecuación del gas no ideal PV=znRT), lo que también indica mayores densidades de estos gases. La compresibilidad afecta más las lecturas de flujo cuando la presión de la línea aumenta, o cuando las temperaturas disminuyen. El control de todas estas variables requiere una tecnología avanzada de medición de flujo.

El enfoque de Alicat para el cambio de gases garantiza que su proceso de control de flujo o medición de flujo no sufra ninguna pérdida de precisión a medida que cambia su medio gaseoso.

Gas Select de Alicat: No se permiten factores K

Si alguna vez ha utilizado un controlador de flujo másico térmico, probablemente esté familiarizado con el concepto de factores K. Digamos que su controlador de flujo fue calibrado con nitrógeno, pero usted quiere usarlo para el flujo de argón. Usted encuentra el argón en la tabla de factores K del fabricante y multiplica este factor de conversión por su lectura de flujo calibrado con nitrógeno para obtener la lectura de flujo equivalente para el argón. Dependiendo de sus requisitos de precisión y condiciones de funcionamiento, este podría ser un enfoque adecuado.

Sin embargo, si le preocupa mantener un alto grado de precisión, es posible que se sienta decepcionado. El problema es que las características térmicas de los gases utilizados para hacer funcionar un controlador de flujo térmico también dependen en gran medida de la presión y la temperatura, al igual que la viscosidad y la compresibilidad. Si su presión o temperatura de operación difieren significativamente de las definidas en la tabla del factor K, su factor K no proporcionará una corrección de flujo precisa. Por esta razón, muchos fabricantes de medidores de flujo másico térmico proporcionan especificaciones de precisión mucho menos rigurosas cuando utilizan factores K. Al reconocer que un factor K de un solo punto no puede explicar estos cambios en las condiciones de temperatura y presión, Alicat utiliza un enfoque muy diferente.

Menú Gas Select de Alicat

Al entrar en el menú Gas Select de un controlador de flujo másico Alicat y cambiar de aire a argón, el Alicat sustituye sus datos de calibración para aire por datos para argón, utilizando una función matemática derivada de los datos de propiedades tridimensionales del gas para las propiedades no ideales del gas de argón. Estas superficies de datos muestran los datos de las propiedades de los gases trazables NIST de Refprop 9 para compresibilidad y viscosidad contra presión y temperatura en todo el rango utilizable del controlador de flujo másico Alicat. Los datos se almacenan como una función única dentro del Alicat. Esto significa que el Alicat accede a diferentes puntos de datos cuando está fluyendo argón a 2 bar y 23°C que cuando fluye argón a 6 bar y 37°C. Los sensores del controlador de flujo másico reportan cambios de presión y temperatura miles de veces por segundo, por lo que el Alicat siempre está haciendo referencia al punto correcto en la superficie de calibración. Debido a este enfoque de dos puntas -funciones únicas derivadas de los datos tridimensionales de las propiedades de los gases combinados con la detección en tiempo real de la presión y la temperatura- usted no experimenta ningún cambio en la precisión cuando cambia los gases en un instrumento de flujo másico Alicat.

Pruebas recientes realizadas por una casa de calibración independiente revelaron un error total de sólo el 0,15% de la lectura a escala completa cuando se configuró un Alicat calibrado con aire (a través del menú Gas Select) para medir una mezcla de 3 gases calibrada y rastreable por el NIST de 12% de CO2 + 7% de O2 + 81% de N2. Este error medido estaba dentro de las especificaciones de precisión publicadas para el controlador de flujo másico.

Lea la letra pequeña

En la actualidad, cada vez más fabricantes de controladores de flujo másico térmicos están lanzando calibraciones multigas para algunos de sus controladores de flujo másico. La mayoría de estos fabricantes incrementan sus bandas de precisión de alguna manera cuando se utiliza un gas distinto al gas para el que el instrumento fue calibrado físicamente. Esto puede tomar la forma de convertir el porcentaje de las especificaciones de precisión de lectura a porcentaje de las especificaciones de escala completa, a veces al mismo tiempo que se amplía la banda de precisión (por ejemplo, de 1% a 3%). Para un análisis de las diferencias entre las especificaciones a escala completa y el porcentaje de las especificaciones de lectura, consulte la publicación anterior de Alicat en Precisión del flujómetro: Desmitificando las Hojas de Especificaciones. Independientemente de cómo se aplique el cambio, la presencia de cualquier cambio en la especificación al seleccionar un gas diferente indica que no todos los factores relevantes se están teniendo en cuenta en el modelo de gas del fabricante al seleccionar un gas diferente, y esto puede ser motivo de preocupación.

El enfoque de Alicat para el cambio de gases garantiza que su proceso de control de flujo o medición de flujo no sufra ninguna pérdida de precisión a medida que cambia su medio gaseoso. Nuestra velocidad ultrarrápida asegura que sus lecturas de flujo -cualquiera que sea la temperatura o la presión- sean lo más precisas posible, mil veces cada segundo.

¿Está listo para dejar los factores K inexactos por verdaderas calibraciones de gases múltiples?

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