Una calibración en aire registra cómo se comporta un medidor de gas ultrasónico en aire. Un estudio de dos medidores G4 comparó esa línea base con mediciones en cuatro mezclas de gas en puntos de caudal equivalentes. Dos resultados cumplen propósitos diferentes: el error de indicación frente a una referencia y el cambio de ese error respecto a la línea base en aire. Para un espécimen al caudal máximo, la mezcla con 23% de hidrógeno produjo un error de indicación reportado de −1,05%, mientras que el cambio puntual respecto al aire fue de −1,59 puntos porcentuales. Este artículo explica ambas cantidades, las condiciones del estudio que las respaldan y la información que un comprador necesita para evaluar si una calibración es aplicable al gas previsto.

Una empresa de servicios públicos puede recibir gas de fuentes con diferentes composiciones a lo largo de la vida útil de un medidor de gas ultrasónico. Un certificado de calibración con aire es útil para registrar el rendimiento de referencia del medidor bajo una condición de prueba. Un revisor también necesita saber cómo lee el mismo medidor cuando cambia la composición del gas. Shi, Zhang y Song investigaron esta cuestión con un sistema de referencia de gas real y dos medidores G4 nacionales [1]. Su prueba permite dos comparaciones con el mismo caudal. La primera compara la lectura de un medidor con el volumen de referencia real en el medio seleccionado. La segunda pregunta cuánto se ha desplazado el resultado en ese medio respecto al resultado en aire.

La distinción es importante cuando la línea base de aire difiere de cero. Un pequeño error absoluto en el gas de aplicación puede coexistir con un cambio mayor respecto al aire. Un informe de prueba útil proporciona suficiente información para ver ambos resultados y determinar si los medios y las condiciones de operación son relevantes para la aplicación.

En la descripción simplificada de la fuente, un par de transductores mide el tiempo de tránsito acústico aguas abajo y aguas arriba. L es la longitud de la trayectoria acústica, cf es la velocidad del sonido en el gas, θ es el ángulo entre la trayectoria y el eje de la tubería, y vm es la velocidad media a lo largo de la línea de medición según se define en el artículo.

S es el área de la sección transversal en m² y vm está en m/s, por lo que q está en m³/h bajo la relación indicada. La diferencia de tiempos recíprocos cancela cf en las ecuaciones idealizadas cuando la misma velocidad del sonido se aplica a las dos direcciones. El resultado explica el principio de medición. La evaluación de un medidor terminado también involucra los transductores, la temporización de la señal y la geometría de flujo del medidor, por lo que la ecuación por sí sola no puede establecer el error obtenido con un gas diferente.

Figura 1. Geometría de tiempo de tránsito, redibujada en inglés a partir de Shi, Zhang y Song [1], Figura 1 (PDF p. 2, impresión p. 255). El diagrama no está a escala.

Los autores probaron un medidor G4 de cada uno de dos fabricantes. El sistema de referencia tenía un volumen estándar declarado de 120 L. La incertidumbre expandida reportada para el sistema era del 0,25 % con k = 2. Las condiciones de prueba reportadas fueron 101 kPa y 20 °C. La diferencia de temperatura entre las ubicaciones relevantes y el medio se mantuvo dentro de 1 °C según la descripción de la prueba. Cada medio se probó a 0,1qmax, 0,2qmax, 0,4qmax, 0,7qmax y qmax.

Los medios fueron aire y cuatro mezclas de gases. El estudio trató explícitamente la mezcla con 23 % de hidrógeno y 77 % de metano como fuera del rango previsto de los medidores probados. Esa mezcla es un caso exploratorio. Los resultados de prueba de la misma ayudan a explicar la distinción entre las cantidades reportadas, mientras que la aprobación para una aplicación comercial requiere evidencia para esa configuración y gas.

Para cada caso, los autores reportaron el error de indicación porcentual usando el volumen indicado Vi y el volumen de referencia real Vref.

E = [(Vi − Vref) / Vref] × 100% (3-1)

La tabla conserva los errores de indicación reportados. Cada lectura ya compara el volumen indicado con la referencia en esa condición de prueba.

Para el Medidor 1 a 0,2qmax, el aire produjo un error de −0,01% y la mezcla con 23% de hidrógeno produjo +1,71%. La diferencia es de +1,72 puntos porcentuales. El Medidor 2 a qmax muestra un patrón diferente. Su error con la mezcla de hidrógeno fue de −1,05%, mientras que el valor con aire fue de +0,54%. Al restar el resultado con aire se obtiene −1,59 puntos porcentuales. Este cálculo muestra cómo los resultados en lados opuestos de cero pueden hacer que el desplazamiento sea mayor que el error absoluto en el gas de aplicación. El Medidor 2 a 0,7qmax ofrece otro ejemplo, con −0,97% en la mezcla y +0,71% en aire, un desplazamiento de −1,68 puntos porcentuales.

También vale la pena conservar en la tabla las mezclas ricas en metano. Con 0,4qmax, el Medidor 1 registra +0,80 % en el caso de 99,9 % de metano, mientras que el Medidor 2 registra +0,16 %. Los valores correspondientes al aire son +0,05 % y +0,73 %. Los cambios resultantes se mueven en direcciones opuestas. Tratar el resultado como una única corrección dependiente de la composición común a ambos especímenes ocultaría esta diferencia.

La fuente denomina a la Figura 3 un «desplazamiento máximo del error medio». Las curvas son consistentes, según la resolución de los gráficos publicados, con el error de gas con signo menos el error de aire para el mismo medidor y punto de caudal en las Tablas 2 y 3. El artículo no proporciona una ecuación separada ni datos replicados sobre cómo se obtuvo una media o un máximo. Por lo tanto, el redibujo etiqueta el cálculo como una diferencia puntual. Un informe de aceptación debería indicar su procedimiento de promediado y las bandas de caudal aplicables.

Figura 2. Errores de indicación para los medidores G4 1 y 2. Redibujo de datos en inglés de la Figura 2(a–b) de la fuente, utilizando las entradas reportadas en Shi, Zhang y Song [1], Tablas 2–3 (PDF p. 3, impresión p. 256).

Figura 3. Diferencias aire-gas para los medidores G4 1 y 2. Contrapartida en inglés de la figura 3(a–b) de origen (PDF p. 4, impresión p. 257). Las curvas son diferencias puntuales recalculadas a partir de las tablas 2–3, en puntos porcentuales. Los valores representados coinciden, con la precisión de lectura del gráfico, con este cálculo. Los autores denominan al gráfico «desviación máxima del error medio» y no documentan un procedimiento separado de promediado o maximización.

La comparación muestra por qué un informe de cualificación debe conservar tanto los errores absolutos de indicación como los cambios respecto a la línea base de aire. Un comprador que compare opciones puede solicitar las composiciones del gas, las variantes del medidor, los puntos de caudal, las condiciones de presión y temperatura, y la incertidumbre asociada a las mediciones. El estudio involucró dos especímenes y un régimen declarado de presión y temperatura. Trabajos adicionales podrían replicar la comparación en varias unidades de cada diseño y a lo largo de la envolvente real de composición y temperatura en servicio. Las lecturas repetidas sin procesar ayudarían a distinguir los desplazamientos sistemáticos de la dispersión.

qmax significa caudal máximo. Un desplazamiento puntual se expresa en puntos porcentuales y aquí se calcula como el error de indicación con medio gaseoso menos el error de indicación con aire para el mismo medidor y punto de caudal. El experimento y los resultados de origen se aplican a las probetas de ensayo reportadas. La norma referenciada en el artículo documenta el procedimiento original.

[1] Shi, A., Zhang, J. y Song, S. (2021). “气体组分变化对超声波燃气表计量特性影响的试验与分析” [Análisis experimental de los efectos de la composición del gas en la medición de contadores de gas ultrasónicos]. 城市燃气, suplemento 2021, pp. 254–257. Ecuaciones (2-1)–(2-4) y (3-1), Tablas 2–3 y Figuras 1–3. La Figura 1 es un esquema redibujado en inglés. Las Figuras 2–3 utilizan los valores reportados en las Tablas 2–3, con la transformación puntual identificada en la Figura 3.

Foto de portada: National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899. El ingeniero del NIST Robert Palla revisando un secador de prueba. Obra del Gobierno de los Estados Unidos, Dominio Público Marca 1.0 según el registro de origen. Recorte editorial de la foto y diseño del título. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Engineer_Robert_Palla_of_the_Advanced_Measurement_Technology_Section_checking_one_of_the_test_dryers.jpg