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MEDICION DINMICA
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HIDROCARBUROS CAPITUL0,S
MEDICION DlNAMlCA
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JULIO MARIO RUEDA CELlS Lider de Medicion
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JAlRO H. GUZMAN MEJIA I.C.P.
CARLOS GUSTAVO AREVALO Lider de Medici6n GRC-VRP Asesor Juridico
VSM
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TABLA DE CONTENIDO
Pg. 1.
OBJETIVO........................................................................................................
5
2. ALCANCE
........................................................................................................
5
3.
GLOSARIO.......................................................................................................
5
4. DOCUMENTOS DEROGADOS
......................................................................
5
5. CONDICIONES GENERALES
.........................................................................
5
6.
DESARROLLO.................................................................................................
8 6.1. MEDIDORES VOLUMTRICOS DIRECTOS
................................................ 9
6.1.1. MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
.................................................. 9 6.1.2.
Descripcin............................................................................................................10
6.1.3. Principio de
Operacin...........................................................................................11
6.1.4. Diagrama de Instalacin
........................................................................................14
6.1.5. Ventajas y
Desventajas..........................................................................................15
6.1.6. Condiciones de Operacin y Mantenimiento16
6.2. MEDIDORES VOLUMTRICOS INDIRECTOS
.......................................... 18 6.2.1. MEDIDORES DE
TURBINA...................................................................................19
6.2.2.
Descripcin............................................................................................................19
6.2.3. Principio de
Operacin...........................................................................................20
6.2.4. Diagrama de Instalacin
........................................................................................21
6.2.5. Ventajas y
Desventajas..........................................................................................22
6.2.6. Condiciones de Operacin y
Mantenimiento...........................................................23
6.2.7. Medidor Tipo Turbina Helicoidal
.............................................................................28
6.3. MEDIDORES ULTRASNICOS
...................................................................
30 6.3.1.
Descripcin............................................................................................................30
6.3.2. Principio de
Operacin...........................................................................................31
6.3.3. Diagrama de Instalacin
........................................................................................32
6.3.4. Ventajas y
Desventajas..........................................................................................33
6.3.5. Condiciones de Operacin y
Mantenimiento...........................................................34
6.4. MEDIDORES DE FLUJO TIPO PLATINA DE ORIFICIO
........................... 35 6.4.1.
Descripcin............................................................................................................35
6.4.2. Principio de
Operacin...........................................................................................36
6.4.3. Diagrama de Instalacin
........................................................................................39
6.4.4. Ventajas y
Desventajas..........................................................................................40
6.4.5. Condiciones de Operacin y
Mantenimiento...........................................................41
6.5. MEDIDORES MSICOS TIPO
CORIOLIS................................................... 48
6.5.1.
Descripcin............................................................................................................48
6.5.2. Principio de
Operacin...........................................................................................49
6.5.3. Diagrama de Instalacin
........................................................................................51
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6.5.4. Ventajas y
Desventajas..........................................................................................51
6.5.5. Condiciones de Operacin y
Mantenimiento...........................................................53
6.6. SELECCIN DE
MEDIDORES...........................................................................54
6.7. CALIBRACIN DE MEDIDORES PARA
LQUIDOS...........................................57
6.7.1. Procedimiento para el Clculo del Factor del Medidor
................................................58 6.7.2. Mtodo de
Aceptacin del
Factor...............................................................................61
7.
REGISTROS...................................................................................................
63
8. CONTINGENCIAS. NO
APLICA....................................................................
63
9.
BIBLIOGRAFIA..............................................................................................
63
10.
ANEXOS.........................................................................................................
64 ANEXO 1. TABLA DE COMPARACIN DE MEDIDORES...65
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1. OBJETIVO
Establecer los criterios de operacin y recomendaciones de
mantenimiento usados en Sistemas de Medicin Dinmica para el
aseguramiento Metrolgico en Transferencia de custodia para
Hidrocarburos Lquidos, Gas y Biocombustibles.
2. ALCANCE
Aplica a las reas operativas y funcionarios que manejan Medicin
Dinmica para Transferencia de Custodia y Fiscalizacin de Crudos,
refinados, Gas natural y biocombustibles.
3. GLOSARIO
Para una mayor comprensin de este documento puede consultar el
Capitulo 1 del Manual de Medicin de Hidrocarburos Condiciones
Generales y Vocabulario en su numeral 3 - Glosario Aplicable al
Manual de Medicin de Hidrocarburos (MMH).
4. DOCUMENTOS DEROGADOS
Deroga el capitulo 5 del MUM Medicin Dinmica ECP-VSM-M-000-05
Versin Cero (0) de Abril 20 de 2005.
5. CONDICIONES GENERALES
La Medicin Dinmica es un proceso que requiere de una serie de
condiciones mnimas para que la incertidumbre sea la menor posible.
Las actividades incluidas en el proceso se detallan a
continuacin:
1. El diseo del Sistema de Medicin Dinmica (SMD) debe cumplir
con los estndares internacionales en el que incluyen adicionalmente
al medidor, equipos, accesorios y la instrumentacin asociada tales
como: vlvulas de corte de accin rpida, filtros con sus respectivos
switches de presin diferencial, desaireadores incorporados al
filtro o independientes si se requieren, enderezadores de flujo si
los medidores son de tipo turbina o ultrasnico, los medidores de
flujo, instrumentacin de temperatura y presin (transmisores e
indicadores), vlvulas de doble sello y purga para el corte y desvio
hacia y desde el probador, cheques y vlvulas de corte de cierre
rpido, densitmetro y tomamuestras en lnea, analizadores de BSW y
Cromatgrafos para Gas Natural, y Gravitgrafos entre otros.(Ver
detalles en estndares y diagramas de diseo).
2. Los SMD deben operarse a un flujo constante y mantenerse
estricto cumplimiento de programas de control metrolgico,
fundamentado en un mantenimiento
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preventivo y/o por condicin, independiente de las ratas de
flujo, los medidores deben estar en capacidad de hacer mediciones
adecuadas (linealizacin).
3. Los SMD deben cumplir con las rutinas de Verificacin y
Calibracin detalladas en el capitulo 1 Condiciones Generales y
Vocabulario del MMH.
4. Los SMD deben disponer de facilidades para instalar un
probador para su proceso de Calibracin, este puede ser mvil o
dedicado.
5. Para la determinacin de la temperatura se debe utilizar un
sensor tipo A con su respectivo transmisor que procese constantes
de Callendar Van Dussen, respaldado por un indicador de temperatura
local (Termmetro). (Ver Capitulo 7 del MMH).
6. Para la determinacin de la presin se debe utilizar un
Transmisor de presin, respaldado por un indicador de presin local
(Manmetro). (Ver Capitulo 21 del MMH).
7. Para la determinacin de las especificaciones de calidad del
producto Hidrocarburo, se debe tomar una muestra automtica,
representativa y homognea del Hidrocarburo que ha pasado por el
medidor en un periodo especfico Batch o Tender. (Ver captulo 8 del
MMH)
8. Para la determinacin del contenido volumtrico del
Hidrocarburo se debe seguir el procedimiento de liquidacin de
Medicin Dinmica detallado en el captulo 12 del MMH.
Las Tecnologas de Medicin Dinmica aprobadas para Transferencia
de Custoda se relacionan a continuacin de acuerdo con el orden de
su desarrollo y se detallan en el presente Capitulo ms
adelante:
HIDROCARBUROS LQUIDOS Desplazamiento Positivo (Medicin directa
de volumen) Turbinas Coriolis (Medicin directa de masa) Ultrasnico
por tiempos de transito Turbinas Helicoidales
GAS NATURAL Platina de Orificio Desplazamiento Positivo de
Diafragma y Rotativos (Medicin directa de
volumen) Turbinas Ultrasnicos por tiempo de transito
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Coriolis (Medicin directa de masa)
Existen otras tecnologas que podran ser utilizadas para Control
Operativo ms no para Transferencia de Custoda debido al alto nivel
de incertidumbre. Tales como: Presin diferencial (Tobera, Vnturi,
Tubo Pitot), Vrtice, Ultrasnico por efecto Doppler No Intrusivo,
electromagnticos y Msicos Trmicos.
Otras consideraciones a tener en cuenta son las siguientes:
Los sistemas de medicin dinmica a ser usados para transferencia
de custodia deben poseer linealidades menores o iguales a 0.15% y
disponer para su calibracin un probador mvil o dedicado Ver
capitulo 4 del MMH.
Los sistemas de medicin dinmica para transferencia de custodia
que emplee medidores tipo coriolis no requieren tener densitmetros
en lnea. La misma tecnologa ofrece la medicin de densidad con una
linealidad que cumple con los estndares API MPMS de 0,001
gr/cm3.
En las estaciones que contabilicen productos recibidos en
tanques y despachos de los mismos a otra estacin (Medicin Esttica),
la muestra debe ser tomada directamente de los tanques y analizada
en laboratorios certificados y/o acreditados preferiblemente en el
Instituto Colombiano del Petrleo ICP o la Superintendencia de
Industria y Comercio.
Se deben colocar sellos de control sobre equipos, instrumentacin
asociada, vlvulas de seguridad, vlvulas sobre by pass, cajas de
conexionado, tableros de control de instrumentacin, acceso a
conexin con computadores de flujo y dems sistemas que puedan
afectar la fidelidad del sistema de medicin de cantidad y calidad
para transferencia de custodia, como elemento de prevencin y
control.
El factor del medidor definido para la liquidacin del batche en
los sistemas de medicin dinmica en terminales martimos, es el
resultado del promedio aritmtico de por lo menos tres (3) corridas
de verificacin obtenidas durante el despacho con una dispersin
inferior a 2 y 3 Desviaciones estndar, teniendo en cuenta como
mnimo 25 corridas de verificacin y calibracin dentro del anlisis de
los datos.
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6. DESARROLLO
La Medicin Dinmica se utiliza para certificar los volmenes de
producto que se recibe o se entrega en custodia ya sea para ser
procesado y/o transportado utilizando medidores instalados en lnea.
Dichos medidores se clasifican segn su principio de operacin en dos
grupos: Volumtricos y Msicos (ver Figura 1).
Es importante tener en cuenta que no todos los principios de
operacin y sus tecnologas son utilizadas y aprobadas para
Transferencia de Custodia, por lo tanto en este capitulo se
desarrollaran solo los de Transferencia de Custodia, aunque en
figuras o diagramas aparezcan tecnologas para control
operativo.
Figura 1. Clasificacin de los Medidores para Transferencia de
Custodia. Nota: Figura de Autora del Ing. Eduardo Motta (Diplomado
en Medicin de Hidrocarburos-UIS)
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6.1. MEDIDORES VOLUMTRICOS DIRECTOS
6.1.1. Medidores de Desplazamiento Positivo
Figura 2. Medidor de Desplazamiento Positivo
Estos medidores son giratorios y de desplazamiento positivo, la
carcasa es labrada a precisin y contiene un rotor que gira sobre
rodamientos de bolas, e incluye labes distribuidos en forma pareja.
Al fluir el lquido a travs del medidor, el rotor y los labes
(paletas) giran alrededor de una leva fija, haciendo que estos se
desplacen hacia fuera (Ver Figura 2).
El movimiento sucesivo de los labes forma una cmara de medicin
de volumen exacto entre dos de los labes, el rotor, la carcasa, y
las tapas inferior y superior. Cada rotacin del rotor produce una
serie continua de estas cmaras cerradas.
Ni los labes, ni el rotor, hacen contacto con las paredes
estacionarias de la cmara de medicin.Una de las caractersticas
sobresalientes del medidor es el hecho de que el flujo pasa sin
perturbaciones durante la medicin. No se desperdicia energa
agitando innecesariamente el lquido.
Dentro de los medidores de este tipo se encuentran los
siguientes:
Paletas (Aspas Deslizantes Alabes)
Birrotor
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6.1.2. Descripcin
El Medidor de Desplazamiento consta de las siguientes
partes:
Unidad Interna de Medicin: La unidad de medicin tambin sirve
como motor hidrulico, que absorbe la energa que origina el flujo,
para producir el torque necesario para vencer la friccin interna, y
opera el contador y dems accesorios que requieren fuerza (Ver
Figura 3).
Figura 3. Unidad interna de Medicin de un Medidor de
Desplazamiento
Tren de Engranajes: Consta de tres elementos:
Engranaje.
Eje principal y unidad de empaque.
Calibrador.
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Dispositivos de Proteccin y Accesorios:
Consta de Desaireadotes, Vlvulas de control de flujo y
Filtros.
Desaireadores
La presencia de aire o vapor en la corriente del lquido, causar
medidas inexactas, normalmente antes de un medidor se instala un
desaireador para evitar que el aire o vapor llegue hasta el
medidor. La funcin del desaireador es separar y ventear hacia la
atmsfera los vapores o gases contenidos en la corriente.
Vlvulas de control de flujo
Cuando existe la posibilidad de que el flujo en un sistema de
medicin se incremente hasta valores por encima del valor de diseo
del medidor, es necesaria la instalacin de vlvulas reguladoras de
flujo y/o de presin con el fin de obtener una buena medicin y
proteger el medidor de posibles daos en sus partes internas. Las
FCV cumplen una funcin adicional y es permitir corridas cuando se
opera con ms de un brazo alineado; permitiendo controlar el flujo
que pasa a travs del brazo bajo prueba.
Filtros
Uno de los elementos de proteccin ms importantes en un sistema
de medicin es el filtro, el cual se instala antes del medidor y
tiene como objeto impedir que elementos slidos lleguen hasta el
medidor lo que causara severos daos en los interiores.
Con el flujo de lquido a travs del medidor, el rotor y los
alabes giran alrededor de una leva fija, haciendo que los alabes se
muevan hacia fuera.
6.1.3. Principio de Operacin
Es importante seguir las indicaciones del fabricante ya que con
ellas se obtiene un ptimo funcionamiento y rendimiento del Medidor,
a continuacin se describen algunas recomendaciones de las mejores
prcticas que son importantes al operar un Medidor de Desplazamiento
Positivo en cuanto a Instalacin y principio de operacin:
1. El medidor y sus accesorios son instrumentos de precisin y
deben ser tratados como tales. Antes de su instalacin, deben estar
protegidos los equipos contra las condiciones climticas adversas y
del abuso casual.
2. La instalacin debe incluir proteccin contra la arena, polvo,
lluvia, cellisca, etc., si existen condiciones climticas
extremadamente adversas.
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3. Con la excepcin de las instalaciones verticales, el medidor
debe ser montado sobre una base o plataforma adecuada, a fin de que
no se apoye en la tubera. Estn disponibles para todos los
medidores, los dibujos acotados que indican el tamao y ubicacin de
todos los agujeros de anclaje.
4. Instale el medidor de tal manera que no sea posible drenar el
producto accidentalmente; sin embargo, es aconsejable vaciar
peridicamente el agua y sedimento del mismo. Al instalar el
medidor, asegrese que el tapn de drenaje est accesible.
5. La tubera no deber ejercer ninguna fuerza indebida sobre el
medidor.
6. Protege el medidor y el sistema contra los efectos de la
expansin trmica, mediante la instalacin de una vlvula de
alivio.
7. De ser necesario, se debe colocar un desaireador o eliminador
de aire, a fin de evitar el ingreso de aire o vapor al medidor.
8. Se debe limpiar internamente toda la tubera antes de poner en
marcha el medidor. Hay que eliminar completamente el xido, tierra,
bolas de soldadura u otros materiales extraos. Saque el mecanismo
interior de los medidores de doble carcasa, o el rotor y los labes
de los medidores de simple carcasa, y purgue las lneas, a fin de
evitar los daos al elemento de medicin.
Hay que proteger el medidor con un colador de malla #4, por lo
menos. Todos los medidores no ferrosos deben instalarse aguas abajo
de un filtro de 5 micrones, por lo menos.
9. Si es necesario, se debe colocar aguas abajo del medidor una
vlvula limitadora de flujo, a fin de protegerlo de los caudales
excesivos.
10. Saque el mecanismo interior si se va a realizar una prueba
de presin con agua, o purgar los desechos del sistema.
11. No realice ninguna calibracin con agua, ni permita que sta
permanezca dentro del medidor. Lave el medidor con aceite
lubricante liviano, si va a ser almacenado, o permanecer fuera de
servicio.
12. A menos que se especifique lo contrario, el flujo a travs
del medidor es de izquierda a derecha, visto desde el lado de la
carcasa donde estn las bridas. Es posible modificar la mayora de
los medidores, para que el flujo sea de derecha a izquierda. Pida
mayor informacin a la fbrica.
13. Se puede ubicar el contador en cualquiera de las cuatro
posiciones, que tienen 90 entre s. El contador de nmeros grandes
puede ser colocado en cualquiera de las ocho
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posiciones, que tienen 45 entre si. La Figura 4 muestra el
principio de operacin de un Medidor de Desplazamiento Positivo.
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Figura 4. Medidor de alabes giratorios y doble carcasa. Las
caractersticas bsicas de este medidor es que mide el flujo
volumtrico
directamente con una repetibilidad de +/- 0.025%. y si se desea
obtener una buena repetibilidad es necesario mantener un flujo
constante.
La linealidad de este tipo de medidores es de aproximadamente de
+/- 0.25% si las condiciones de operacin tales como temperatura,
viscosidad y presin entre otras se mantienen constantes al variar
la rata de flujo, el factor de calibracin estar dentro de ese
rango.
6.1.4. Diagrama de Instalacin
Segn el API MPMS Capitulo 5 Seccin 2 se recomienda adecuar el
siguiente patn de medicin en toda instalacin donde estn instalados
y funcionen medidores volumtricos directos de Desplazamiento
Positivo para transferencia de Custoda, la Figura 5 presenta un
patn con tres (3) brazos de medicin, conforme a las Consideraciones
Generales del numeral 5.
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Figura 5. Diagrama de Instalacin de un Medidor Tipo
Desplazamiento Positivo para Hidrocarburos con tres brazos API MPMS
Cp. 5 Sec. 2 Third edition September 2005, Measurement Of Liquid
Hydrocarbons By Displacement Meters
6.1.5. Ventajas y Desventajas
Las ventajas y desventajas de usar los medidores de
Desplazamiento Positivo son:
Ventajas:
Exactitud.
Capacidad de medir lquidos viscosos.
Opera con flujos cercanos a cero.
Su operacin es simple con respecto a otros medidores
volumtricos.
Capacidad para operar sin suministro de potencia externa.
Capacidad para registrar volmenes a ratas de flujo cercanas a
cero.
No se necesita acondicionamiento de flujo.
Se requiere una menor presin de sustentacin.
Desventajas:
No resiste cambios bruscos del flujo.
Susceptible a corrosin y erosin.
Costos de mantenimiento altos.
Costos de inversin altos
Partes mecnicas susceptibles a deterioro.
Susceptibilidad a dao por elevaciones en el flujo y
desprendimiento de los gases.
Reduccin severa en el flujo si se atasca el medidor.
Aumentan los requerimientos de mantenimiento.
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Son sensibles a los cambios de viscosidad y a las bajas
viscosidades.
6.1.6. Condiciones de Operacin y Mantenimiento
En Ecopetrol cada medidor debe contar con una carta histrica del
comportamiento de los factores donde se grafique los factores del
medidor obtenidos durante las corridas de verificacin, los cuales
deben tener repetibilidad igual o menor a 2 y 3 desviaciones
estndar como se detalla en el capitulo 13 del MMH.
Las cartas de control se deben graficar con las corridas de
verificacin y calibracin del medidor buscando obtener claramente
los limites de alarma (2 Desviaciones estndar) y de accin (3
Desviaciones estndar), se recomienda ver el capitulo 13 del
MMH.
Donde el tamao de batche no supera los mil (1000) barriles, se
recomienda dar el promedio ponderado de los factores de medicin de
dicho equipo preferiblemente 25 datos en lo posible, en un periodo
no superior a 2 meses.
En el caso de los llenaderos donde no hay suficientes despachos
y estn estos espaciados en el tiempo se recomienda utilizar una
distribucin t-student con un factor de cobertura de 3 para una
muestra menor a 10 datos y de 2 para una muestra igual a 10
datos.
Los movimientos sucesivos de los alabes forman una cmara
medidora de un volumen preciso entre ellos, por cada revolucin del
rotor. Ni los alabes ni el rotor tienen contacto con las paredes
estacionarias de la cmara medidora.
En los medidores de este tipo el flujo no es alterado en ninguna
forma mientras es medido; por tal razn, son eficientes y de alta
precisin.
Un contador de medidor simplemente cuenta el nmero de
revoluciones del elemento interno de medicin (rotor), multiplicada
por una relacin fija de engranajes para obtener as un registro de
volumen. La precisin del volumen registrado depende de la validez
de tres (3) caractersticas bsicas del medidor:
1. El volumen desplazado por cada cmara de medicin, en la cual
cada segmento consecutivo de fluido permanece aislado, es siempre
constante.
2. Todo el fluido que pasa a travs del medidor lo hace a travs
de las cmaras de medicin (no hay "By-pass).
3. Todo el fluido pasa solo por una vez a travs del medidor (no
hay retroflujo).
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La exactitud en estos medidores depende de cuatro factores:
1. Que el volumen de la cmara de medicin permanezca constante.
Para ello se debe evitar depsito de cera o adherencia viscosa y
desgaste que causa un cambio en el volumen.
2. Que todo el lquido que entra al medidor vaya a la cmara.
3. Que el flujo transferido pase por el medidor solo una
vez.
4. Rata de flujo.
Otras condiciones se detallan a continuacin:
Evitar que el porcentaje de prdida alrededor o a travs de la
cmara de medicin pueda cambiar debido a una variacin en la
viscosidad del lquido y/o desgaste que agranda o reduce las reas de
espacios libres.
Remover el mecanismo interior si el sistema se va a someter a
una prueba de presin de agua.
Los Medidores deben aislaren al hacer pruebas hidrostticas
Limpiar el interior de la tubera antes de poner en
funcionamiento el medidor.
Estar completamente seguro de la direccin del flujo, el cual
debe ser de izquierda a derecha, mirando por el alojamiento
correspondiente a la brida.
Instale una vlvula de control de contrapresin aguas abajo del
medidor ver figura 5. Para mayor informacin remitirse al API MPMS
Cap. 5 Sec. 2 Measurement Of Liquid Hydrocarbons By Displacement
Meters.
Entre los Factores que afectan la medicin en los Medidores de
Desplazamiento Positivo estan los siguientes:
El volumen de la cmara de medicin puede cambiar debido a :
Depsito de cera o adherencia viscosa.
Desgaste que causa un cambio en el volumen.
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El porcentaje de prdida a travs de la cmara de medicin puede
cambiar debido al cambio en la viscosidad del lquido.
Altas Temperaturas en el fluido de operacin, causa expansin del
volumen de la cmara, en este caso es recomendable instalar un
desaireador.
La Presin no afecta si tiene doble carcaza.
Altas viscosidades en el producto hace que este se adhiera a las
paredes de la cmara de medicin causando reduccin de esta.
Depsitos en la cmara de medicin, como parafina, disminuyen el
volumen de esta.
6.2. MEDIDORES VOLUMTRICOS INDIRECTOS
Los medidores indirectos deducen la rata de flujo mediante la
medicin de alguna propiedad dinmica. Dentro de los medidores de
este tipo se encuentran:
TURBINA
ULTRASNICO
Diferencial de presin (PLATINADE ORIFICIO)
Diferencial de presin (Cua, Tobera, Vnturi, Pitot, Codo).
rea variable (Rotmetro)
Magntico
Vortex
En este captulo profundizaremos en los medidores de Turbina,
Ultrasnico y la Platina de Orificio por ser medidores usados para
Transferencia de Custoda.
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6.2.1. MEDIDOR DE TURBINA
Este medidor determina la rotacin angular del rotor, los traduce
en velocidad lineal y con esta informacin se deduce el volumen de
lquido que ha pasado por el medidor, a travs de su rea de Seccin
transversal.
6.2.2. Descripcin
Los medidores de turbinas deben trabajar con una corriente de
flujo que ha sido suficientemente acondicionada para eliminar
remolinos y la deformacin del perfil de la velocidad causada por
filtros, codos, vlvulas y otros accesorios. Las partes de un
Medidor de Turbina se pueden observar en la Figura 6.
Figura 6. Partes de un medidor de Turbina Convencional.
Si no existen limitaciones de espacio, el medidor puede ser
instalado con una tubera recta de por lo menos 20 dimetros del tubo
aguas arriba de medidor y 5 dimetros aguas abajo del medidor. La
instalacin aguas arriba puede reducirse a un mnimo de 10
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dimetros si se utiliza enderezador de flujo (Ver Figura 7). Para
mayor informacin remitirse al API MPMS Capitulo 5 Seccin 3
MEASUREMENT OF LIQUID HYDROCARBONS BY TURBINE METERS.
Figura 7. Seccin de flujo tpica con y sin enderezador de
flujo.
6.2.3. Principio de Operacin
El principio de operacin en un medidor de turbina se basa en dos
suposiciones o hiptesis bsicas:
La velocidad de rotacin del rotor est relacionada con la
velocidad del lquido
Vr = K. Vf
Pero la velocidad del rotor puede alterarse por:
Angulo del alabe.
Friccin viscosa.
Friccin de rodamientos.
Acondicionamiento del flujo.
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La velocidad del lquido est relacionada con el flujo
volumtrico
Q = V. A
Pero el rea transversal, A, puede verse afectada por:
Viscosidad del lquido.
Cavitacin.
Depsitos en el rotor.
Desechos filamentosos.
6.2.4. Diagrama de instalacin
Segn el API MPMS Capitulo 5 Seccin 3 se recomienda adecuar el
siguiente brazo de medicin en todo Punto de Medicin donde estn
instalados y funcionen medidores volumtricos indirectos de Turbina
para transferencia de Custoda, la Figura 8 presenta el brazo,
conforme a las Consideraciones Generales del numeral 5.
Figura 8. Diagrama de Instalacin del Medidor Tipo Turbina de
acuerdo al API MPMS Capitulo 5 Seccin 3 MEASUREMENT OF LIQUID
HYDROCARBONS BY TURBINE METERS.
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6.2.5. Ventajas y Desventajas
Entre las Ventajas y Desventajas de los Medidores de Turbina se
encuentran las siguientes:
Ventajas:
Exactitud.
Manejo de un amplio rango de flujo.
Tamao pequeo y peso liviano.
Larga vida de los cojinetes.
Aplicacin a un amplio rango de T y P.
Amplio rango de flujo para lquidos de baja viscosidad.
Amplio rango de Temperatura y Presin.
Desventajas:
Necesidad de acondicionar flujo.
Control de contrapresin.
Dificultad de medir flujos viscosos (Especialmente medidores de
turbina de multi-hoja).
Necesita accesorios electrnicos.
Susceptibles a sucios y depsitos en el rotor.
Sensible a cambios de viscosidad.
Susceptible a daos por flujos bruscos.
Necesidad de presin de sustentacin para prevenir volatilizacin
y/o cavitacin y errores.
Sensibilidad a cambios en la viscosidad hacia altos valores
(Bajos nmeros de Reynolds).
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Susceptibilidad al dao por desprendimiento de gases o
incrementos sbitos en el flujo.
6.2.6. Condiciones de Operacin y Mantenimiento
Existen dos caractersticas muy importantes en este tipo de
medidores:
Repetibilidad: Se refiere a la capacidad de un medidor y sistema
de prueba para repetir los volmenes registrados durante una serie
de corridas de pruebas consecutivas bajo condiciones constantes de
operacin y flujo constante. Para turbinas el rango de repetibilidad
es de + 0.02 % a + 0.05 %.
Linealidad: Es la capacidad de un medidor para mantener su
factor de calibracin casi constante en un rango de flujo especfico.
La linealidad es expresada como el rango total de desviacin de su
curva de exactitud de lnea recta entre los flujos mnimos y los
mximos recomendados. Para turbina esta linealidad se encuentran en
el rango de + 0.10 a 0.25.
Un medidor de turbina de alto rendimiento posee baja friccin en
los rodamientos.
En medida en que la viscosidad aumenta La rata de flujo en la
que la velocidad del rotor comienza a estar en desproporcin frente
a la rata de flujo del lquido, aumenta a medida que se incrementa
la viscosidad.
Cualquier cambio en la geometra de los bordes de los labes del
rotor debido a erosin, corrosin, golpes o adherencia de basura,
cambiar la relacin entre la velocidad del rotor y la del liquido,
por consiguiente, el rendimiento del medidor.
Los medidores de turbinas requieren acondicionamiento de la
corriente de flujo
inmediatamente aguas arriba y aguas abajo del medidor para
anular los componentes rotacionales en el perfil de flujo.
Cualquier depsito sobre la parte del rea de flujo a travs del
rotor afectara drsticamente el rendimiento del medidor.
Entre los factores que afectan el rea de flujo estan:
Cavitacin:
La cavitacin es el fenmeno que se presenta cuando la presin de
operacin llega a ser menor que la presin de vapor del fluido,
producindose una vaporizacin del lquido que est fluyendo
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Cavitacin disminuye el rea efectiva de flujo aumenta la
velocidad del fluido al pasar por la turbina incrementndose
bruscamente el K-factor
El rea efectiva de flujo disminuye ya que las burbujas que se
forman ocupan gran espacio, y el lquido es obligado a aumentar la
velocidad.
Esto corroe el eje longitudinal de las aspas del rotor. El diseo
helicoidal de las aspas es una buena medida para contrarrestar este
fenmeno (Ver figura 9).
Figura 9. Curva tpica de Cavitacin para un medidor de
turbina.
La contrapresin mnima para evitar la cavitacin esta definida por
la siguiente ecuacin:
Pb = 2 DP + 1.25 Pv
Pb = Presin mnima en el medidor. DP = Cada de presin a travs del
medidor (psig). Pv = Presin de vapor del lquido (psi).
Depsitos
Si los depsitos como ceras o parafinas se adhieren a las
superficies interiores de la turbina causan disminucin del rea de
flujo.
Los depsitos causan sobre-registro del flujo. Ejemplo:
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TURBINA DEPSITO CAMBIO DE PRECISIN 4 0,001 0.5%
(10,16cm) (0,00254cm) 0.5%
Las Fuerzas que causan y resisten la rotacin del rotor
Incrustaciones o Filamentos
Cualquier material que se adhiera al rotor causar el efecto de
retardar su rotacin en comparacin con la velocidad del lquido. Las
incrustaciones causan un error de subregistro del flujo.
Viscosidad del lquido
Al aumentar la viscosidad, se aumenta la velocidad del rotor,
para una misma rata de flujo producindose un sobreregistro,
explicado por las fuerzas de torsin de impulso y de resistencia,
ocurriendo que las fuerzas de impulso debidas a la velocidad
vencern a las fuerzas de resistencia viscosa:
Los factores que afectan la velocidad angular del rotor son:
FUERZAS QUE CAUSAN LA ROTACIN DEL ROTOR
FUERZAS QUE RESISTEN A LA ROTACIN DEL ROTOR
Td = V2*d*k
Tr = V*U*k
Td = Torsin de impulso Tr = Torsin de resistencia V = Velocidad
del lquido V = Velocidad del lquido d = Densidad del lquido U =
Viscosidad del liquido k = Factores geomtricos k = Factores
geomtricos
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Angulo del alabe
Puede erosionarse por golpes de objetos extraos, adherencia de
basuras, o el material de construccin puede deflexionar (poco
comn).
Friccin viscosa
La resistencia por friccin permanecer igual, pero el movimiento
de torsin desciende cuando baja la rata de flujo, haciendo que la
relacin de velocidades sea menos lineal.
Friccin de los rodamientos
Se altera la friccin por formacin de depsitos en la chumacera
(en gasolinas) o en los rodamientos (en GLP).
Acondicionamiento del flujo
El acondicionamiento busca que los remolinos no alteren la
velocidad angular del rotor.
A continuacin se presenta una grfica de rendimiento de un
medidor de turbina (Ver figura 10):
Figura 10. Curva de Rendimiento para un Medidor de Turbina.
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Consideraciones para Gas
La velocidad del rotor de un Medidor de Flujo de Turbina se
incrementa linealmente con la velocidad del flujo. As, la rotacin
de los labes es una medida de la velocidad y se detecta por medio
de sensores magnticos externos o por medio de engranajes,
apareciendo la lectura, en pies cbicos o en metros cbicos, en un
contador montado en la parte externa del medidor.
La relacin entre la velocidad lineal del fluido y la velocidad
del rotor es lineal (dentro de un 1%), sobre una amplia relacin de
capacidades (rangeability Turndown) de 10:1 a 20:1. El
funcionamiento a baja velocidad se ve afectado por el perfil de
velocidad, la friccin a travs de los labes, la friccin en los
cojinetes y otros pares de torsin retardadores. El medidor de flujo
de turbina se utiliza para mediciones de flujos de gases y lquidos
limpios, con un amplio rango de flujo.
Debido a las grandes diferencias de densidad entre gases y
lquidos, se requiere dos diseos diferentes de medidores de flujo de
turbina. Ambos diseos se utilizan en aplicaciones de Transferencia
de Custodia que requieren exactitud.
El reporte No. 7 de AGA cubre todo lo relacionado con la medicin
de gas natural, utilizando medidores de turbina.
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6.2.7. Medidor Tipo Turbina Helicoidal
Este tipo de turbinas se han instalado en sistemas de
transferencia de custodia de productos viscosos (Ver Fotografa),
con buenos resultados, a continuacin se enumeran los aspectos a
considerar.
La tecnologa de turbinas helicoidadales se encuentra en
desarrollo y por lo tanto los fabricantes determinan su uso y el
desempeo especfico no se encuentra documentado.
Se recomienda, ante la evidencia de diferentes instalaciones
propuestas por los fabricantes, instalar este tipo de medidores con
enderezadores de flujo, salvo se cuente con un registro de desempeo
de la turbinas bajo condiciones de campo.
El diagrama de Instrumentacin se puede observar en la Figura
11.
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Figura 11. Instalacin para una turbina helicoidal (Opcin 1 y
Opcin 2)
Se recomienda realizar una prueba piloto de este tipo de medidor
bajo condiciones de operacin, antes de realizar cualquier orden de
compra; esta recomendacin se hace extensiva a cualquier tipo de
medidor volumtrico directo indirecto medidor msico para
Transferencia de Custodia.
Se debe tener en cuenta que el sistema de medicin con equipo
primario tipo turbina helicoidal requiere una vlvula de
contrapresin para evitar la sobre velocidad del fluido en el
equipo. Y filtracin aguas arriba del sistema.
En cuanto a la calibracin de esta clase de medidores se debe
considerar un equipo multiplicador de pulsos para el prover, para
que sea efectiva la calibracin.
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6.3. MEDIDORES ULTRASNICOS
6.3.1. Descripcin
El equipo de medicin ultrasnica se basa en el tiempo que demora
una seal ultrasnica en viajar de un transductor a otro, una
distancia conocida.
Figura 12. Medidor ultrasnico para lquidos
Los medidores de tiempo de transito, utilizan un par de
traductores que envan y reciben alternadamente seales ultrasnicas
codificadas a travs del fluido. Cuando la seal sonora va en la
misma direccin del flujo el tiempo de trnsito es menor que cuando
va en la direccin opuesta (ver figura 12).
El medidor tiene la habilidad de medir esta pequea diferencia de
tiempo que es proporcional a la velocidad de flujo, es apto para
medir lquidos limpios o con slidos y burbujas de gas.
Los traductores pueden estar montados linealmente o en lados
opuestos de la tubera insertados radialmente e inclinados en ngulos
agudos (Ver figura 16).
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6.3.2. Principio de Operacin
Figura 13. Medidores Ultrasnicos de tiempos de transito.
Este tipo de medidores miden el tiempo de viaje de un pulso
sonoro de alta frecuencia (Aproximadamente 1 MHz) entre un
transmisor y un receptor, montados en extremos opuestos y externos
a la tubera en ngulos agudos, Un transmisor T1 enva seales
Ultrasnicas a travs de un paso conocido, a un receptor R1, la
diferencia de tiempo entre la transmisin y la recepcin de una seal
es, debido a la conveccin de la onda snica en el medio, dependiente
de la velocidad de flujo.
A partir de este principio, y usando la dimensin del medidor, el
volumen de flujo por unidad de tiempo se puede determinar. Es ms
ventajoso usar dos canales snicos directos, de manera opuesta (T1 a
R1 y T2 a R2), de esta forma no se requiere conocer la velocidad
snica en el medio que se va a medir, para determinar el flujo (Ver
Figura 13); Los Canales snicos son llamados tambin cuerdas Paths.
Hoy, los medidores para transferencia traen mnimo cuatro cuerdas. A
continuacin se consideraran los medidores Ultrasnicos de Tiempos de
Transito para Transferencia de Custodia La medicin de la diferencia
de tiempo usa varias tcnicas de procesamiento de seales digitales,
combinadas con ciertos parmetros programados de la tubera. La
ecuacin siguiente permite evaluar la distancia de separacin:
L = (D + 2 Wt) + 2 (Cl - Fd) Cos
Donde: D = dimetro interno de la tubera
Wt = espesor de la tubera = inclinacin de los traductores o de
las seales
Cl = Longitud instalada de acoplamiento Fd = profundidad de la
cara del traductor
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Figura 14. Diagrama de medidor de tiempo de transito.
La Figura 14 identifica las variables anteriormente citadas.
6.3.3. Diagrama de Instalacin
La instalacin de los traductores requiere de una seccin de
tubera recta de 10 dimetros corriente arriba y de 5 dimetros
corriente abajo, que disipen las turbulencias de flujo (Ver figura
15).
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Figura 15. Brazo de medicin con medidor Ultrasnico segn API MPMS
Captulo 5 Seccin 8 Measurement of liquid Hydrocarbons by Ultrasonic
Flor Meters Using Transit Time Technology.
El Reporte No. 9 de AGA cubre todos los aspectos relacionados
con los Medidores Ultrasnicos multipasos, en la medicin de Gas
Natural.
6.3.4. Ventajas y Desventajas (Lquidos).
DESVENTAJAS
Ruidos y Vibraciones de equipos electrnicos lo afecta.
El mantenimiento debe ser cuidadoso con los transductores.
No es recomendable en crudos muy pesados.
Requiere proteccin contra seales y corrientes parasitas.
Ventajas y Desventajas (En Gas):
Ventajas: Grandes Dimetros. No se presentan prdidas de presin en
el medidor. Respuesta rpida. Actualizacin. No depende de las
propiedades termodinmicas del gas. Posibilidad de verificacin en
seco. Excelente exactitud. Amplia Rangeabilidad. Desventajas: Se ve
afectado por la suciedad del fluido. Alto costo. Exigente en su
instalacin. Tecnologa relativamente nueva.
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Problemas en Gas natural con CO2 y H2S. Debe estar protegido
contra corrientes parsitas, descargas y magnetismo.
6.3.5. Condiciones de Operacin y Mantenimiento
La exactitud de este medidor depende de:
La precisa geometra del cuerpo del medidor y la localizacin de
los transductores.
La integracin tcnica inherente en el diseo del medidor.
La calidad en el perfil de flujo y los niveles de pulsacin
existentes.
La exactitud de la medicin de los tiempos de transito, esta
exactitud a la vez depende de: La estabilidad electrnica del reloj,
consistente deteccin de los pulsos y la compensacin de seales de
los pulsos.
La Curva de Rendimiento para un medidor Ultrasnico segn el AGA
reporte No 9 es la siguiente:
Figura 16. Eficiencia de un Medidor Ultrasnico para Gas segn el
AGA Reporte No. 9
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6.4. MEDIDORES DE FLUJO TIPO PLATINA DE ORIFICIO
6.4.1. Descripcin
Figura 17. Platina de Orificio
Los medidores de platina de orificio han sido los equipos a los
cuales se les han realizado los ms extensos estudios sobre el
comportamiento del fludo, partiendo de la medicin del fenmeno fsico
de una cada de presin originada por una platina que representa una
restriccin al flujo del fluido a medir ( Ver figura 17).
En las lneas de dimetros de dos (2) pulgadas (5 cm) y mayores,
el orificio concntrico es la restriccin ms comn para lquidos, gases
y flujos de vapor a baja velocidad.
Los estudios presentados en las recomendaciones AGA 3 parte 1,
2, 3 y 4, donde se desarrollan ecuaciones empricas basadas en
experimentos. Estas recomendaciones se basan en:
Fluido limpio Fluido en una sola fase Fluido homogneo Fluido
Newtoniano La medicin se realiza con platinas concntricas al
dimetro interno del tubo Platinas flanchadas siguiendo las
recomendaciones de instalacin del AGA 3.
Basado en el principio del teorema de Bernoulli, para lo cual
aplica una restriccin en el rea transversal de flujo reduciendo la
velocidad, y midiendo luego la diferencia de presin a ambos lados
de la restriccin. El flujo msico es proporcional a la raz cuadrada
de P.
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Qm =K =Cd = =P =d = Dimetro del Orificio
Presin Diferencial a travs del orificio
Constante Flujo Msico
Coeficiente de Descarga Densidad del Fluido
6.4.2. Principio de Operacin
Tpicamente la gente cree que instalando una restriccin de tamao
conocido y conociendo la presin diferencial entre los planos aguas
arriba y aguas abajo se mide correctamente el caudal. Esto es un
error bastante comn debido a que se considera que el medidor de
caudal es nicamente la placa de orificio, el tubo Vnturi o la
tobera.
Adems de que este tipo de sistema se ve afectado
considerablemente por el perfil de velocidad del fluido.
Un sistema de medicin de caudal de gas con medidores de presin
diferencial esta integrado por:
Elemento primario Platina de orificio. Tubera del tren de
medicin. Elementos Secundarios Medidor de presin diferencial
Medidor de presin esttica Medidor de temperatura Computador de f l
u j o (opcional)
Adicionalmente estos elementos deben de cubrir los requisitos
que establece la norma de referencia a ser utilizada (ISO-5167, AGA
3, API 14.3, ASME-MFC-3M, etc.).
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Figura 18. Elementos Accesorios de la Platina de Orificio
Los medidores de caudal gas del tipo presin diferencial son los
ms ampliamente utilizados en la medicin de volumen de gas ya sea
para fiscalizacin, transferencia de custodia o control de procesos,
debido a que en comparacin a otro tipo de medidores son mucho ms
verstiles y econmicos que otro tipo de medidores.
Alrededor del 80% de las mediciones de caudal de gas natural se
realizan por medio de sistemas de medicin que utilizan placas de
orificio como elementos primarios de medicin (Ver Figura 18).
El principio de operacin se basa en introducir una restriccin en
el punto donde se desea determinar el caudal o volumen. Como la
restriccin cambia la velocidad del fluido, esto produce una
diferencia de presiones que es proporcional al caudal.
Los sistemas de medicin de presin diferencial obstruyen
parcialmente el flujo, lo cual produce una diferencia de presiones
estticas entre el lado aguas arriba y aguas abajo del
dispositivo.
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Estos medidores se basan en la ecuacin de Bernoulli la cual es
aplicada a cada lado de la placa y se tiene:
222
211 2
121 UPUP +=+
Donde p, y U son las presiones, densidad y la velocidad media
respectivamente y los subndices 1 y 2 representan los planos aguas
arriba y aguas abajo.
Combinando la ecuacin anterior con el principio de conservacin
de masa y asumiendo que no existen perdidas y es un fluido
incompresible el caudal lo podemos determinar como:
Pdqm
= pi 2411 2
4
Donde , es la relacin que existe entre los dimetros del orificio
de la placa y el dimetro de la tubera. p es la diferencia de
presiones entre el plano aguas arriba y aguas debajo de la
restriccin y d es el dimetro del orificio.
En la realidad, cuando se mide el flujo de gas existen perdidas
y el fluido es compresible, es por eso que en la ecuacin hay que
agregar el coeficiente de descarga C y el factor de expansibilidad
, as la ecuacin se reescribe como:
PdCq dm
= pi 2
41
2
4
El rea del orificio es ms pequea que el rea de la tubera, por lo
que al pasar el fluido a travs del orificio se aumenta su velocidad
y disminuye la presin, formando una descarga con rea mnima (vena
contracta), ver Figura 19.
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Figura 19. Vena Contracta
La mxima recuperacin de la presin ocurre una longitud
equivalente a 8 dimetros de tubera, generalmente se usan tomas a la
brida de la platina para medir el diferencial de presin del
orificio, la precisin de la platina es de 1,5 a 2,0 %.
Los rangos de exactitud del orificio varan de 0,8 a 0,5 %,
dependiendo del fluido, de la configuracin de la tubera aguas
arriba y de la inclusin, en los clculos, de las correcciones de
nmero de Reynolds y factor de expansin del gas, este nmero puede
ser tan alto como 3,3 x 107.
Para asegurar mediciones de flujo exactas, el fluido debe entrar
a la Platina de Orificio con un perfil completamente desarrollado,
libre de remolinos. Tal condicin se logra mediante el uso de
acondicionadores de flujo y longitudes de tubera asociada, o con
suficiente longitud de tubera recta, aguas arriba y aguas debajo de
la platina de orificio.
En la parte 2 del ao 2000, del Reporte 3 de AGA, se estipulan,
entre otros requerimientos, las longitudes mnimas necesarias de
tubera recta, aguas arriba y aguas debajo de la Platina de
Orificio, con y sin enderezadores de flujo.
6.4.3. Diagrama de Instalacin
El brazo de medicin que se recomienda aplicar en los puntos de
Transferencia de Custoda, de acuerdo a la Norma AGA Reporte No. 3,
es el siguiente (Ver Figura 20):
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6.4.4. Ventajas y Desventajas Ventajas:
Los medidores de platina de orificio han sido los equipos en los
cuales se han realizado los ms extensos estudios sobre el
comportamiento del comportamiento del fluido, partiendo de la
medicin del fenmeno fsico de una cada de presin originada por una
platina que representa una restriccin al flujo del fluido a
medir.
Son fciles de fabricar y no contienen partes en movimiento. Su
comportamiento esta bien estudiado.
Son econmicos, especialmente en tamaos grandes, comparados con
otro tipo de medidores.
Pueden ser utilizadas en cualquier posicin.
Existe un gran nmero de normas.
Algunos de ellos generalmente no requieren calibracin por
comparacin con otro medidor de caudal.
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Una placa de orificio diseada y fabricada de acuerdo a una norma
reconocida medir el caudal con una incertidumbre alrededor del 1 %
(o un poco menor), siempre y cuando se encuentre en buenas
condiciones.
La incertidumbre de medicin puede ser reducida por calibracin
comparando el sistema con un patrn.
Debido a la relacin cuadrtica existente entre el caudal msico y
la presin diferencial, la incertidumbre de medicin se incrementa a
caudales bajos, por eso la mayora de estos medidores se operan en
un intervalo de 3:1 o de 8:1. Aunque el uso de transmisores de
presin inteligentes esta incrementando el alcance de estos
medidores.
Desventajas
Requiere dimetros de tubera muy extensos.
Requiere enderezador de Flujo.
Tienen un alto grado de incertidumbre
6.4.5. Condiciones de Operacin y Mantenimiento
Se deben tener en cuenta estos aspectos en su operacin y
Mantenimiento:
Elemento primario
Se compone de la platina de orificio, con su soporte y su tubo
de medicin.
Platina de orificio
Es una platina de orificio delgada con un agujero concntrico
maquinado, el cual tiene un chafln de acuerdo a las recomendaciones
del AGA 3, Ver Figura 19.
Dimetros del agujero de la platina
d: corresponde al dimetro del agujero de la platina medido a la
temperatura del flujo.
dm: es el dimetro interno del agujero de la platina a la
temperatura de la platina, al momento de realizar la medicin.
dr: es la medida del agujero de la platina ala temperatura de
referencia de fabricacin de sta, esta temperatura debe estar
certificada por el fabricante.
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Porta platina
Corresponde al sistema que contiene y alinea la platina respecto
al dimetro interno de la tubera, a las presiones de operacin.
Tubos de medicin
Son los tramos rectos de tubera solidarios con el porta platina,
que se encuentran aguas arriba y aguas debajo de sta, estos tramos
de tubera recta deben ser construidos bajo las especificaciones del
AGA 3 parte 2.
Dimetros internos de los tubos de medicin
D: es el dimetro interno del tubo de medicin instalado aguas
arriba de la platina de orificio, medido a la temperatura del
fluido.
Dm: corresponde al dimetro interno del tubo de medicin instalado
aguas arriba de la platina de orificio, medido a la temperatura del
tubo.
Dr: es el dimetro interno de la seccin aguas arriba de la porta
platina del tubo de medicin, este valor debe ser certificado por el
fabricante.
Relacin de dimetros
Este es un orificio de borde afilado, perforado en una lmina
delgada y plana. zLa relacin de dimetros se encuentra definida como
el dimetro del agujero de la platina dividido por el dimetro
interno del tubo de medicin, teniendo en cuenta esto existirn 3
relaciones de dimetros que se definen a continuacin:
= Dimetro del orificio / Dimetro de tubera
(2)
Las restricciones para son:
1. Para tomas a la brida: 0.15 < < 0.70
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2. Para tomas a la tubera: 0.20 < < 0.67
Presin diferencial
Es la diferencia de la presin esttica medida antes y despus de
la platina de orificio (P).
Temperatura de medicin
Tf: corresponde a la temperatura del fluido medida aguas arriba
o aguas abajo del porta platina.
En la prctica se logra medir la temperatura del fludo
introduciendo una termocupla al flujo, pero se acepta la
temperatura esttica del flujo para efectos del clculo del caudal
volumtrico o msico.
Tm: es la temperatura medida de la platina de orificio y/o del
tubo de medicin en el momento en que se estn realizando las
mediciones del dimetro interno.
Tr: es la temperatura de referencia de la platina de orificio
y/o del tubo de medicin
Rugosidad
La rugosidad promedio que se utiliza para los clculos del AGA 3,
esta dado por el procedimiento documentado en el ANSI B46, y es el
promedio aritmtico de los valores absolutos de la desviacin de las
mediciones de altura de la rugosidad en una muestra tomada.
Especificaciones de la placa de orificio
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En la instalacin un elemento que se debe tener en cuenta es la
mxima desviacin en el paralelismo de la cara de la platina de
orificio, respecto al plano transversal interno del tubo de
medicin, (Tabla 2.1 Orifice plate flatness tolerance, AGA 3 Part 2)
Ver figuras 21y 22.
Dimetros a la temperatura de referencia
Donde:
1= Coeficiente lineal de expansin trmica del material de la
platina de orificio. 2= Coeficiente lineal de expansin trmica del
material del tubo de medicin.
Espesor de la platina de orificio
La platina de orificio debe ser cilndrica y no debe presentar
defectos en su espesor a simple vista, las tolerancias aceptadas en
cuanto a la cilindridad son las siguientes:
dm (") Tolerancia ( ")
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0,751 - 0,875 0,0005 0,876 - 1 0,0005
> 1 0,0005
Dimensiones y tolerancias de la platina de orificio
Las dimensiones y tolerancias de las platinas de orificio se
encuentran consignadas en el AGA 3, ltima versin.
Instalacin
Para la instalacin de un sistema de medicin tipo platina de
orificio es importante la instalacin perpendicular de la platina
respecto al eje del tubo de medicin, como la instalacin de las
longitudes rectas, respetando la longitud recomendada por el
reporte AGA 3, ltima versin.
Toda instalacin de platinas de orificio requiere de
enderezadores de flujo aguas arriba del medidor a una distancia en
el AGA3 Part 2, ltima versin.
El Clculo de volumen de la Platina de Orificio se hace de la
siguiente forma:
La ecuacin de flujo volumtrico en condiciones estndar, Qv,
desarrolladas a partir de la gravedad especfica real, requiere
condiciones estndar como condiciones base de referencia para Gr e
incorpora Zbair a 14.73 psia y 519.67R (60F) en su constante
numrica.
ffr
wsfvdv TZG
hZPdYEFTCQ
1
121)(61.7709= (6)
En la ecuacin presentada anteriormente, se supone que las
condiciones estndar y las condiciones base son las mismas, si se
requiere realizar una correccin por diferencia entre la presin
estndar y base, se utiliza la siguiente ecuacin:
=
s
b
s
b
b
svb Z
ZTT
PPQQ (7)
Donde:
Cd(FT): Coeficiente de descargas para medidor de orificio con
tomas en brida d : Dimetro del orificio de la platina, calculado a
la temperatura de flujo (Tf), en
pulgadas.
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Ev : Factor de velocidad de aproximacin Gi : Densidad relativa
ideal del gas (gravedad especfica) Gr : Densidad relativa real del
gas (gravedad especfica) hw: Presin diferencial de orificio, en
pulgadas de agua a 60F. Pb Presin base, en libras fuerza por
pulgadas cuadrada absoluta, psia Pf1: Presin de flujo (en las tomas
aguas arriba), en libras fuerza por pulgada
cuadrada absoluta, psia Ps: Presin estndar = 14.73 libras fuerza
por pulgada cuadrada absoluta. Qb: Rata volumtrica de flujo por
hora, en condiciones base, en pies cbicos por
hora. Qv: Rata volumtrica de flujo por hora, en condiciones
estndar, en pies cbicos por
hora. Tb: Temperatura base, en grados Rankine. Tf: Temperatura
de flujo, en grados Rankine Ts: Temperatura estndar = 519.67 R
(60F). Y1: Factor de expansin (en la toma aguas arriba). Zb:
Compresibilidad en condiciones base (Pb y Tb) Zbair:
Compresibilidad del aire condiciones base (Pb y Tb) Zf1:
Compresibilidad en condiciones de flujo corriente arriba (Pf1 y Tf)
Zs: Compresibilidad en condiciones estndar (Ps y Ts) b : Densidad
del fluido en condiciones base (Pb, Tb) en libras masa por pie
cbico s : Densidad del fluido en condiciones estndar (Ps, Ts) en
libras masa por pie
cbico t, f1 : Densidad del fluido en condiciones aguas arriba
(Pf1, Tf) en libras masa por pie
cbico
Factor de expansin, Y
Para un fluido gaseoso este factor se conoce como factor de
expansin (Y), el cual es funcin de la relacin de dimetro (), la
relacin entre presin diferencial y esttica en la toma de presin
designada y el exponente isentrpico (k). La aplicacin del factor de
expansin es vlida para los siguientes rangos de relacin de
presin:
20.0
707.27
0