39362 Capitulo 5 Medicion Dinamica

VICEPRESIDENCIA DE SUMINISTRO Y MERCADEO

Gerencia De Planeacin Y Suministro Versin: 01 ECP- VSM-M-001-05

MANUAL DE MEDICIN DE HIDROCARBUROS

CAPITULO 5 MEDICION DINMICA

Fecha:

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CAPITULO 5

MEDICION DINMICA

RELACION DE VERSIONES

VlCEPRESlDENClA DE SUMINISTRO Y MERCADEO

Gerencia De Planeacion Y Surninistro MANUAL DE MEDICION DE

HIDROCARBUROS CAPITUL0,S

MEDICION DlNAMlCA

Este documento se valid6 en el Cornit6 Thctico integrado por 10s lideres de medicidn de las Areas de negocio: gotf

EDUARDO M . lTA R DA

Versi6n: 01

Fecha:

15/01 12008

I Lider ~orporati\Yo de Medici6n I

ECP- VSM-M-001-05

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GPS - VSM

SARA ISABEL PARRA Lider de Medicibn GCB - VRP

NICOLAS VALLE YI Lider de Medici6n

VIT

JULIO MARIO RUEDA CELlS Lider de Medicion

VPR

idente de Surninistro ercadeo - VSM

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.


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.


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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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.


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.


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


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.


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


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

39362 Capitulo 5 Medicion Dinamica

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