Cómo la presión y la temperatura afectan la medición del flujo de hidrógeno
La medición del flujo de hidrógeno puede ser más desafiante que la medición de muchos gases industriales convencionales. El hidrógeno tiene una densidad muy baja, y los cambios en la presión y la temperatura pueden afectar significativamente su estado físico y su flujo volumétrico.
Por esta razón, se deben considerar la presión y la temperatura al seleccionar y configurar un medidor de flujo de hidrógeno, especialmente cuando el valor medido necesita ser convertido a flujo másico o flujo en volumen estándar.
1. ¿Por qué son importantes la presión y la temperatura?
El gas es compresible, por lo que su volumen cambia cuando la presión o la temperatura cambian.
Para la misma cantidad de hidrógeno, el volumen operativo medido puede ser diferente en diferentes condiciones de presión y temperatura.
Por ejemplo, el hidrógeno que fluye a través de una tubería a alta presión ocupará un volumen mucho menor que la misma cantidad de hidrógeno a una presión más baja.
La temperatura tiene un efecto similar. A medida que cambia la temperatura del gas, su densidad y volumen también cambian.
Es por eso que la medición del flujo de gas a menudo requiere información de presión y temperatura cuando el valor final se expresa como volumen estándar o normalizado.
2. El hidrógeno tiene una densidad muy baja
El hidrógeno es el gas más ligero y tiene una densidad mucho menor que el gas natural en condiciones comparables.
Su baja densidad puede crear desafíos para la medición del flujo basada en la velocidad, ya que el gas puede alcanzar velocidades relativamente altas incluso cuando la tasa de flujo másico no es particularmente grande.
Esto hace que la selección del principio de medición sea importante.
Dependiendo de la aplicación, se pueden considerar tecnologías como Coriolis, vórtice, masa térmica y otros métodos de medición de flujo de gas.
3. Cómo la presión afecta la medición del flujo de hidrógeno
El aumento de la presión del gas generalmente aumenta la densidad del gas.
Si un medidor de flujo mide el flujo volumétrico en condiciones operativas reales, un cambio en la presión cambia la relación entre volumen y masa.
Por lo tanto, si la presión cambia significativamente durante la operación, el volumen operativo medido no se puede comparar simplemente con un valor de volumen estándar fijo sin aplicar la compensación adecuada.
Por lo tanto, la medición de presión se puede utilizar junto con un medidor de flujo o un computador de flujo para calcular el flujo corregido o normalizado.
Para los sistemas de medición de gas, la configuración de medición real debe seleccionarse según la salida requerida:
4. Cómo la temperatura afecta la medición del flujo de hidrógeno
La temperatura también cambia la densidad y el volumen del gas.
A medida que aumenta la temperatura, el gas generalmente se expande. A medida que disminuye la temperatura, el gas se contrae.
Si un sistema de medición de flujo de hidrógeno informa el volumen estándar, la temperatura operativa debe considerarse al convertir el flujo medido a condiciones de referencia.
Por lo tanto, la medición de temperatura se puede integrar en el medidor de flujo o proporcionar a través de un sensor de temperatura separado, dependiendo del diseño del sistema.
5. La presión y la temperatura trabajan juntas
La presión y la temperatura no siempre deben considerarse de forma independiente.
Para un gas, la densidad está influenciada tanto por la presión como por la temperatura.
Una relación simplificada se puede representar como:
Densidad ∝ Presión / Temperatura
Esta es una representación simplificada y los cálculos reales de gas pueden requerir un factor de compresibilidad, particularmente cuando las condiciones operativas se desvían significativamente del comportamiento de gas ideal.
Por lo tanto:
Medición de Flujo → Presión + Temperatura + Propiedades del Gas
puede ser necesario para obtener un resultado de masa o volumen de referencia más significativo.
6. Flujo de volumen real frente a flujo de volumen estándar
Esta distinción es particularmente importante para las aplicaciones de hidrógeno.
Flujo de volumen real
Esto representa el volumen ocupado por el hidrógeno a la presión y temperatura reales en la tubería.
Flujo de volumen estándar o normal
Esto convierte la cantidad de gas medida a una presión y temperatura de referencia definidas.
Diferentes industrias y contratos pueden usar diferentes condiciones de referencia, por lo que el estándar seleccionado debe especificarse claramente.
Un medidor de flujo o computador de flujo puede usar entradas de presión y temperatura para realizar esta conversión.
7. Por qué los medidores de flujo Coriolis pueden ser atractivos para el hidrógeno
Los medidores de flujo Coriolis miden el flujo másico directamente en lugar de calcular la masa a partir del flujo volumétrico y la densidad.
Esto puede simplificar la medición cuando el flujo másico es el parámetro requerido.
Muchos medidores Coriolis modernos también pueden proporcionar información de densidad y temperatura.
Sin embargo, las aplicaciones de hidrógeno aún requieren una evaluación cuidadosa de:
Por lo tanto, Coriolis no es automáticamente la opción correcta para todas las aplicaciones de hidrógeno.
8. Medidores de flujo de vórtice para hidrógeno
Los medidores de flujo de vórtice también se pueden usar para la medición de gas, incluido el hidrógeno, dependiendo de la aplicación y la configuración del medidor.
El principio de vórtice determina el flujo a partir de la frecuencia de los vórtices generados alrededor de un cuerpo romo.
Debido a que la densidad, la presión y la temperatura del gas influyen en las condiciones operativas, la aplicación debe verificarse con el rango de medición del medidor.
La información de presión y temperatura también se puede utilizar para la compensación o conversión cuando se requieren valores de volumen estándar o relacionados con la masa.
9. Medición del flujo de hidrógeno en sistemas de alta presión
La compresión, el almacenamiento y el transporte de hidrógeno pueden implicar presiones elevadas.
En estas aplicaciones, el transmisor de presión y el medidor de flujo deben ser adecuados para las condiciones operativas reales.
El material del sensor de presión también es importante porque el hidrógeno puede permear algunos materiales y puede contribuir a la degradación de materiales relacionada con el hidrógeno.
Por lo tanto, el sistema de medición debe considerar ambos:
Rendimiento de la medición
y
Compatibilidad de materiales
Los instrumentos de presión, temperatura y flujo deben seleccionarse como un sistema de medición completo en lugar de dispositivos completamente independientes.
10. ¿Qué se debe verificar antes de seleccionar un medidor de flujo de hidrógeno?
Antes de solicitar una cotización, proporcione:
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Estado del hidrógeno: gas o líquido
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Flujo mínimo
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Flujo normal
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Flujo máximo
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Presión de operación
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Presión mínima y máxima
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Temperatura de operación
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Temperatura mínima y máxima
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Tamaño de tubería
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Salida requerida: masa o volumen
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Condiciones de referencia si se requiere volumen estándar
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Requisito de precisión
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Clasificación de área peligrosa
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Conexión de proceso
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Protocolo de comunicación
Para hidrógeno líquido, las condiciones criogénicas y el posible arrastre de gas introducen consideraciones de medición adicionales.
11. Problemas comunes de medición de flujo de hidrógeno
Lecturas inestables
Los grandes cambios en la presión, la temperatura o la velocidad del flujo pueden contribuir a lecturas inestables dependiendo de la tecnología de medición.
Volumen estándar incorrecto
Las condiciones de referencia incorrectas o la falta de compensación de presión y temperatura pueden dar lugar a valores de flujo convertidos incorrectos.
Turndown insuficiente
Las aplicaciones de hidrógeno pueden tener un amplio rango operativo. Un medidor debe verificarse con las condiciones de flujo mínimas y máximas.
Compatibilidad de materiales
Los sensores de presión, las juntas y los materiales mojados deben revisarse para el servicio de hidrógeno.
Alta velocidad de gas
La baja densidad del gas puede resultar en alta velocidad, lo que puede limitar el rango operativo adecuado de algunas tecnologías basadas en la velocidad.
Conclusión
La presión y la temperatura son factores importantes en la medición del flujo de hidrógeno porque influyen en la densidad y el volumen del gas.
La relación básica es:
Presión + Temperatura → Densidad del Gas → Relación Volumen / Flujo Másico
Para aplicaciones que requieren volumen estándar o normalizado, puede ser necesaria la compensación de presión y temperatura. Para aplicaciones que requieren flujo másico directo, una tecnología de medición de flujo másico adecuada puede simplificar el sistema de medición.
Los medidores de flujo Coriolis y de vórtice se pueden considerar para el servicio de hidrógeno, pero la selección final debe basarse en la presión, temperatura, rango de flujo, tamaño de tubería, precisión y requisitos de instalación reales.
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Si está seleccionando un medidor de flujo para gas hidrógeno, proporcione el rango de flujo, la presión, la temperatura y el tamaño de la tubería para una revisión de configuración.
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