Què és l'efecte Coriolis?
Us heu preguntat mai per què la direcció del vent és principalment est-oest sota sistemes de baixa-pressió a l'hemisferi nord?
La resposta rau en la rotació de la Terra-la Terra gira principalment cap a l'est-oest i la seva velocitat de rotació és més ràpida a prop de l'equador que als pols. Aquesta rotació impulsa la direcció del vent, fent que bufi principalment d'oest a est a l'hemisferi nord. El científic francès Gaspard-Gustave de Coriolis va descobrir aquest efecte de les forces laterals sobre l'aire que flueix i li va anomenar efecte Coriolis. En primer lloc, és important recordar que l'efecte Coriolis explica la desviació de l'aire que flueix en un sistema rotatiu. De fet, l'efecte Coriolis és un efecte d'inèrcia massiva.
Com funciona un mesurador de cabal Coriolis?
L'efecte Coriolis també s'aplica a una aplicació més pràctica: la mesura del cabal de massa de gasos i líquids. Per a això, el fluid a mesurar es veu obligat a fluir per un tub vibrant. En un mesurador de cabal Coriolis, un actuador fa que un tub prim vibri contínuament al voltant de la seva freqüència natural. Dos sensors disposats al llarg de la canonada mesuren la deflexió del tub vibrant al llarg del temps. Quan no flueix cap fluid pel tub, ambdós sensors mesuren la mateixa deflexió al mateix moment.
Tanmateix, quan un gas o líquid flueix pel tub, la seva massa provoca una torsió addicional a causa de la inèrcia del fluid.
La diferència entre aquestes dues mesures s'anomena "canvi de fase", que mesura directament el cabal de massa a través del tub.
El canvi de fase és directament proporcional al cabal massiu: com més gran és el canvi de fase, més gran és el cabal.
Els mesuradors de cabal massiu basats en l'efecte Coriolis poden fer molt més que això-també poden mesurar la densitat del fluid!
El canvi de fase és una mesura del cabal massiu, mentre que la freqüència de vibració (natural) és una mesura de la densitat del fluid. La densitat del fluid afecta la freqüència de vibració del tub: els fluids més densos vibren a freqüències més baixes que els fluids menys densos. Per tant, la freqüència de vibració reflecteix directament la densitat del líquid o del gas.
El cabal massiu i la densitat es poden mesurar de manera independent utilitzant el mateix dispositiu, demostrant la versatilitat dels mesuradors de cabal Coriolis.
Mesuradors de cabal Coriolis versus mesuradors de cabal tèrmic
Els mesuradors de cabal Coriolis mesuren directament el cabal massiu. La mesura directa elimina els errors causats per les propietats físiques del fluid. Els mesuradors de cabal tèrmic, en canvi, només poden mesurar el cabal massiu de manera indirecta. Aquestes diferències fonamentals en els mètodes de mesura afecten les seves aplicacions típiques.
Els mesuradors de cabal massiu tèrmic utilitzen la capacitat calorífica del fluid per mesurar el cabal massiu. Els seus components bàsics inclouen un escalfador i un o dos sensors de temperatura. La potència necessària per escalfar (utilitzant un sensor) o la diferència de temperatura entre els dos sensors és proporcional al cabal de massa del fluid. Els mesuradors de cabal més tèrmic s'utilitzen principalment per als gasos.
Com que el principi de Coriolis mesura directament el cabal massiu, els mesuradors de cabal Coriolis es poden utilitzar tant per a gasos com per a líquids.
Reptes als quals s'enfronten els mesuradors de cabal Coriolis
Els mesuradors de cabal Coriolis fan vibrar el tub sensor mitjançant un actuador. Les vibracions externes d'aproximadament la mateixa freqüència poden interferir amb la mesura.
Per exemple, els trens propers, els aparells d'aire condicionat dels edificis o altres maquinàries poden generar vibracions. La identificació d'aquestes fonts de vibració externa és el primer pas per minimitzar el seu impacte. Per exemple, es pot reduir la vibració movent el mesurador de cabal Coriolis a un lloc menys afectat, girant el dispositiu, utilitzant un bloc de massa (més gran) o utilitzant amortidors i/o tubs flexibles per desacoblar-lo.
Aplicacions òptimes dels mesuradors de cabal Coriolis
Els mesuradors de cabal massiu basats en Coriolis-són especialment adequats per mesurar el cabal de massa de mescles de gas o líquids variables o desconegudes, o quan es mesuren gasos supercrítics. A més de mesurar directament el cabal massiu (eliminant així els errors causats per la física de fluids), aquests dispositius ofereixen una precisió i repetibilitat extremadament altes. Els mesuradors de cabal Coriolis són mesuradors de cabal flexibles, fiables i extremadament precisos.
Els mesuradors de cabal Coriolis s'han aplicat amb èxit per millorar la precisió de l'extracció automatitzada de compostos naturals de matèries primeres com les plantes, millorant així la qualitat de l'extracció. Aquí, es pot aconseguir una extracció selectiva i precisa mesurant i controlant el cabal i la temperatura del diòxid de carboni supercrític, assegurant rendiments repetibles.
