Un medidor de gas es un medidor de flujo especializado que se utiliza para medir el volumen de gases combustibles, como el gas natural y el gas licuado de petróleo . Los medidores de gas se utilizan en edificios residenciales, comerciales e industriales que consumen gas combustible suministrado por una empresa de gas . Los gases son más difíciles de medir que los líquidos, porque los volúmenes medidos se ven muy afectados por la temperatura y la presión. Los medidores de gas miden un volumen definido, independientemente de la cantidad presurizada o la calidad del gas que fluye a través del medidor. Se debe realizar una compensación de temperatura, presión y valor calorífico para medir la cantidad y el valor reales del gas que se mueve a través de un medidor.
Se utilizan habitualmente varios diseños diferentes de medidores de gas, dependiendo del caudal volumétrico de gas a medir, el rango de caudales previstos, el tipo de gas que se va a medir y otros factores.
Los contadores de gas que existían en climas más fríos en edificios construidos antes de los años 70 solían estar ubicados dentro de la casa, generalmente en el sótano o el garaje. Desde entonces, la gran mayoría se ubican en el exterior, aunque hay algunas excepciones, especialmente en ciudades más antiguas.
Estos son el tipo más común de medidor de gas, que se ve en casi todas las instalaciones residenciales y comerciales pequeñas. Dentro del medidor hay dos o más cámaras formadas por diafragmas móviles . Con el flujo de gas dirigido por válvulas internas , las cámaras se llenan y expulsan gas alternativamente, produciendo un flujo casi continuo a través del medidor. A medida que los diafragmas se expanden y contraen, las palancas conectadas a manivelas convierten el movimiento lineal de los diafragmas en movimiento rotatorio de un eje de manivela que sirve como elemento de flujo primario . Este eje puede impulsar un mecanismo contador similar a un odómetro o puede producir pulsos eléctricos para una computadora de flujo .
Los medidores de gas de diafragma son medidores de desplazamiento positivo .
Los medidores rotativos son instrumentos de precisión altamente mecanizados capaces de manejar volúmenes y presiones más altos que los medidores de diafragma. Dentro del medidor, dos lóbulos en forma de "8", los rotores (también conocidos como impulsores o pistones), giran en una alineación precisa. Con cada giro, mueven una cantidad específica de gas a través del medidor. El principio de funcionamiento es similar al de un soplador Roots . El movimiento rotatorio del eje del cigüeñal sirve como un elemento de flujo primario y puede producir pulsos eléctricos para un computador de flujo o puede impulsar un contador similar a un odómetro .
Los medidores de gas de turbina deducen el volumen de gas al determinar la velocidad del gas que se mueve a través del medidor. Debido a que el volumen de gas se deduce del flujo, es importante que las condiciones de flujo sean buenas. Una pequeña turbina interna mide la velocidad del gas, que se transmite mecánicamente a un contador mecánico o electrónico. Estos medidores no impiden el flujo de gas, pero están limitados a la medición de caudales más bajos.
Un medidor de gas de orificio consiste en una longitud recta de tubería dentro de la cual una placa de orificio conocida con precisión crea una caída de presión, lo que afecta el flujo. Los medidores de orificio son un tipo de medidor diferencial, todos los cuales infieren la tasa de flujo de gas midiendo la diferencia de presión a través de una perturbación de flujo diseñada e instalada deliberadamente. La presión estática del gas, la densidad, la viscosidad y la temperatura deben medirse o conocerse además de la presión diferencial para que el medidor mida el fluido con precisión. Los medidores de orificio a menudo no manejan una gran variedad de tasas de flujo . Sin embargo, son aceptados y comprendidos en aplicaciones industriales, ya que son fáciles de reparar en campo y no tienen partes móviles.
Los medidores de flujo ultrasónicos son más complejos que los medidores puramente mecánicos, ya que requieren capacidades significativas de procesamiento y cálculo de señales. Los medidores ultrasónicos miden la velocidad del movimiento del gas midiendo la velocidad a la que el sonido viaja en el medio gaseoso dentro de la tubería. La Asociación Estadounidense del Gas [1] cubre el uso y la instalación adecuados de estos medidores, y especifica un cálculo estandarizado de la velocidad del sonido que predice la velocidad del sonido en un gas con una presión, temperatura y composición conocidas .
Los tipos más elaborados de medidores de flujo ultrasónicos miden la velocidad media del sonido en múltiples trayectorias en la tubería. La longitud de cada trayectoria se mide con precisión en la fábrica. Cada trayectoria consta de un transductor ultrasónico en un extremo y un sensor en el otro. El medidor crea un "ping" con el transductor y mide el tiempo transcurrido antes de que el sensor reciba el pulso sónico. Algunas de estas trayectorias apuntan hacia arriba, de modo que la suma de los tiempos de vuelo de los pulsos sónicos se puede dividir por la suma de las longitudes de vuelo para proporcionar una velocidad media del sonido en la dirección ascendente. Esta velocidad difiere de la velocidad del sonido en el gas por la velocidad a la que se mueve el gas en la tubería. Las otras trayectorias pueden ser idénticas o similares, excepto que los pulsos de sonido viajan hacia abajo. A continuación, el medidor compara la diferencia entre las velocidades ascendente y descendente para calcular la velocidad del flujo de gas.
Los medidores ultrasónicos son costosos y funcionan mejor sin líquidos presentes en el gas medido, por lo que se utilizan principalmente en aplicaciones de alto caudal y alta presión, como estaciones de medición de tuberías de servicios públicos, donde el gas siempre está seco y pobre, y donde las pequeñas imprecisiones proporcionales son intolerables debido a la gran cantidad de dinero en juego. La relación de reducción de un medidor ultrasónico es probablemente la mayor de cualquier tipo de medidor de gas natural, y la precisión y la capacidad de alcance de un medidor ultrasónico de alta calidad es en realidad mayor que la de los medidores de turbina con los que se han probado.
Existen variedades económicas de medidores ultrasónicos, como medidores de caudal con pinza, que se pueden utilizar para medir el caudal en tuberías de cualquier diámetro sin necesidad de realizar modificaciones intrusivas. Estos dispositivos se basan en dos tipos de tecnología: (1) tiempo de vuelo o tiempo de tránsito; y (2) correlación cruzada. Ambas tecnologías implican transductores que simplemente se fijan a la tubería y se programan con el tamaño y el cronograma de la misma, y se pueden utilizar para calcular el caudal. Estos medidores se pueden utilizar para medir casi cualquier gas seco, incluido el gas natural, el nitrógeno, el aire comprimido y el vapor. También hay medidores con pinza disponibles para medir el caudal de líquidos.
Un medidor Coriolis es generalmente una o más tuberías con secciones desplazadas longitudinal o axialmente que se excitan para vibrar a una frecuencia resonante. Los medidores Coriolis se utilizan con líquidos y gases. Cuando el fluido dentro de la sección desplazada está en reposo, tanto la porción aguas arriba como aguas abajo de la sección desplazada vibrarán en fase entre sí. La frecuencia de esta vibración está determinada por la densidad general de la tubería (incluido su contenido). Esto permite que el medidor mida la densidad del gas que fluye en tiempo real. Sin embargo, una vez que el fluido comienza a fluir, entra en juego la fuerza de Coriolis . Este efecto implica una relación entre la diferencia de fase en la vibración de las secciones aguas arriba y aguas abajo y el caudal másico del fluido contenido en la tubería.
Nuevamente, debido a la cantidad de inferencia, control analógico y cálculo intrínseco a un medidor Coriolis, el medidor no está completo solo con sus componentes físicos. Hay elementos de actuación, detección, electrónicos y computacionales que deben estar presentes para que el medidor funcione.
Los medidores Coriolis pueden manejar una amplia gama de caudales y tienen la capacidad única de generar caudal másico, lo que brinda la mayor precisión de medición de caudal disponible actualmente para la medición de caudal másico. Dado que miden la densidad del flujo, los medidores Coriolis también pueden inferir el caudal de gas en condiciones de flujo.
El Informe No. 11 de la Asociación Americana del Gas proporciona pautas para obtener buenos resultados al medir gas natural con un medidor Coriolis.
El volumen de flujo de gas que proporciona un medidor de gas es solo eso, una lectura de volumen. El volumen de gas no tiene en cuenta la calidad del gas ni la cantidad de calor disponible cuando se quema. A los clientes de servicios públicos se les factura de acuerdo con el calor disponible en el gas. La calidad del gas se mide y se ajusta en cada ciclo de facturación. Esto se conoce con varios nombres como valor calorífico , valor de calentamiento o valor térmico .
El poder calorífico del gas natural se puede obtener mediante un cromatógrafo de gases de proceso , que mide la cantidad de cada constituyente del gas, a saber:
Además, para convertir de volumen a energía térmica, se deben tener en cuenta la presión y la temperatura del gas. La presión no suele ser un problema; el medidor simplemente se instala inmediatamente después de un regulador de presión y se calibra para que lea con precisión a esa presión. Luego, se realiza la compensación de presión en el sistema de facturación de la empresa de servicios públicos. Las variaciones de temperatura no se pueden manejar tan fácilmente, pero algunos medidores están diseñados con compensación de temperatura incorporada para mantenerlos razonablemente precisos en su rango de temperatura diseñado. Otros se corrigen electrónicamente para la temperatura.
Cualquier tipo de medidor de gas se puede obtener con una amplia variedad de indicadores. Los más comunes son los indicadores que utilizan múltiples manecillas de reloj (estilo puntero) o lecturas digitales similares a un odómetro , pero las lecturas remotas de varios tipos también se están volviendo populares: consulte Lectura automática de medidores y Medidor inteligente .
Los contadores de gas deben registrar el volumen de gas consumido con un grado de precisión aceptable. Cualquier error significativo en el volumen registrado puede representar una pérdida para el proveedor de gas o una facturación excesiva para el consumidor. La precisión suele estar establecida por la ley del lugar en el que se instala el contador. Las disposiciones legales también deben especificar un procedimiento a seguir en caso de que se cuestione la precisión.
En el Reino Unido, el error permitido para un contador de gas fabricado antes de la Directiva Europea de Instrumentos de Medición [2] es de ±2%. [3] Sin embargo, la Directiva Europea de Instrumentos de Medición ha armonizado los errores de los contadores de gas en toda Europa y, en consecuencia, los contadores fabricados desde que entró en vigor la directiva deben tener una lectura dentro de ±3%. Los contadores cuya precisión sea cuestionada por el cliente deben ser retirados para que un examinador de contadores autorizado los compruebe. [4] Si se descubre que el contador tiene una lectura fuera de los límites prescritos, el proveedor debe reembolsar al consumidor el gas medido incorrectamente mientras el consumidor tenía ese contador (pero no al revés). Cualquier reembolso está limitado a los seis años anteriores. [5] Si el contador no se puede comprobar o su lectura no es fiable, el consumidor y el proveedor tienen que negociar un acuerdo. Si se descubre que el contador tiene una lectura dentro de los límites, el consumidor tiene que pagar los costes de la prueba (y pagar cualquier cargo pendiente). Esto contrasta con la posición de los contadores eléctricos, donde la prueba es gratuita y solo se concede un reembolso si se puede determinar la fecha en la que el contador empezó a leer de forma incorrecta.
La lectura remota se está volviendo popular para los medidores de gas. A menudo se realiza a través de una salida de pulso electrónico montada en el medidor. Hay diferentes estilos disponibles, pero el más común es un interruptor de cierre de contacto.
Los medidores de turbina, rotatorios y de diafragma se pueden compensar utilizando un cálculo especificado en el Informe N.° 7 de la Asociación Estadounidense del Gas. Este cálculo estandarizado compensa la cantidad de volumen medida con la cantidad de volumen en un conjunto de condiciones base . El cálculo de la AGA 7 en sí es una relación simple y es, en esencia, un enfoque de corrección de densidad para traducir el volumen o la tasa de gas en condiciones de flujo a un volumen o tasa en condiciones base .
Los medidores de orificio son un tipo de medidor muy común y, debido a su uso generalizado, las características del flujo de gas a través de un medidor de orificio se han estudiado en profundidad. El Informe N.° 3 de la Asociación Estadounidense del Gas trata una amplia gama de cuestiones relacionadas con la medición de orificio de gas natural y especifica un algoritmo para calcular los caudales de gas natural en función de la presión diferencial, la presión estática y la temperatura de un gas con una composición conocida.
Estos cálculos dependen en parte de la ley de los gases ideales y también requieren un cálculo de compresibilidad de los gases para tener en cuenta el hecho de que los gases reales no son ideales. Un cálculo de compresibilidad muy utilizado es el Informe N.° 8 de la Asociación Estadounidense del Gas, caracterización detallada.
Los medidores de gas residenciales, comerciales e industriales tienen sus propios tamaños de rosca estándar. El medidor de gas se conecta a la tubería del cliente a través de un eslabón giratorio y una tuerca, que tiene un conjunto dedicado de tamaños de rosca. Estos tamaños de rosca se denominaron originalmente por la cantidad de gas diseñada para fluir a través de ellos en términos de lámparas de gas, por ejemplo, un medidor de 30 litros puede proporcionar suficiente gas para 30 luces y se lo conocía a fines del siglo XIX como un medidor de gas de 30 luces. [6] Estos tamaños son típicamente 10Lt, 20Lt, 30Lt, 45Lt o 60Lt, aunque hay tamaños más pequeños y más grandes disponibles. Los tamaños de rosca son ligeramente, aproximadamente 1 ⁄ 16 pulgadas (1,6 mm), más grandes que el tamaño NPT más cercano , para acomodar el diámetro interno apropiado dentro del eslabón giratorio. [7]
