Simposio Metrología 2012 - … · Director de Metrología de Materiales Yoshito Mitani Nakanishi...

Simposio Metrología 2012 Primera Edición

Luis Omar Becerra Santiago

Vicente González Juárez

Carlos Alberto Galván Hernández

Luis Manuel Peña Pérez

i

Simposio Metrología 2012

Primera edición Mayo de 2013

© Centro Nacional de Metrología Km. 4.5 carretera a los Cués Mpio. El Marqués, Querétaro CP 76246 www.cenam.mx Email: [email protected] Teléfono: 442 211 0500 al 04 Edición: Comité Técnico del Simposio de Metrología 2012 Esta obra fue creada con los trabajos presentados en el Simposio de Metrología 2012 del CENAM con el propósito de difundir la cultura y avances de investigación y desarrollo en Metrología.

Se autoriza la reproducción del contenido de esta obra, siempre y cuando se cite la fuente.

Impreso en México / Printed in Mexico ISBN 978-607-96162-0-5

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CUERPO DIRECTIVO

Director General Héctor Octavio Nava Jaimes

Director de Administración y Finanzas Guillermo Salomón Villalobos Castrejón

Director de Metrología de Materiales Yoshito Mitani Nakanishi

Director de Metrología Eléctrica René David Carranza López Padilla

Director de Metrología Física José Salvador Echeverría Villagómez

Director de Metrología Mecánica Ignacio Hernández Gutiérrez

Director de Servicios Tecnológicos Ismael Arturo Castelazo Sinencio

EDITORES

Luis Omar Becerra Santiago

Carlos Alberto Galván Hernández

Vicente González Juárez

Luis Manuel Peña Pérez

REVISIÓN EDITORIAL

Mariano Botello Pérez

Daniel Cárdenas García

José Manuel Juárez García

Froylán Martínez Suárez

Edgar Méndez Lango

Eric Rosas Solís

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CLAUSTRO ARBITRAL

Edson Afonso, INMETRO, Brasil.

Gregorio Alvarez Clara, CENAM, México.

Rogelio Amezola Luna, UPSRJ, México.

Víctor Manuel Aranda Contreras, MetAs, México.

Mariana Arce Osuna, CENAM, México.

Eduardo Arias Marín, CIQA, México.

Roberto Arias Romero, CENAM, México.

Edgar Arizmendi Reyes, CENAM, México.

Benjamín Arroyo Ramírez, ITC, México.

María del Rocío Arvizu Torres, CENAM, México.

Norberto Arzate Plata, CIO, México.

Carlos David Avilés Castro, CENAM, México.

Michael G. Bair, Fluke Corp., USA.

Walter Bich, INRIM, Italia.

J. Gerardo Cabañas Moreno, CNMN � IPN, México.

Joselaine Cáceres Gonzalez, LATU, Uruguay.

Lenom Cajuste Bontemps, COLPOS, México.

Pablo Canalejo, IBSEI, S.A. de C.V., México.

Máximo Cargnelutti, ITESM � Campus Querétaro, México.

Jazmín Carranza Gallardo, INAOE, México.

René D. Carranza López Padilla, CENAM, México.

Ismael Arturo Castelazo Sinencio, CENAM, México.

Eduardo Castillo Castañeda, CICATA � IPN, México.

Héctor Alfonso Castillo Matadamas, CENAM, México.

Esther Castro Galván, CENAM, México.

Carlos Colín Castellanos, CENAM, México.

Andrés Conejo Vargas, CENAM, México.

Paulo Couto, INMETRO, Brasil.

Silke Cram, IGg UNAM, México.

Vicente Cutanda Henríquez, SDU, Dinamarca.

Armando De La Torre Alcocer, CENAM, México.

Rufino Díaz Uribe, CCADET, México.

Hector Javier Dorantes Rosales, ESIQIE � IPN, México.

José Salvador Echeverría Villagómez, CENAM, México.

Alfredo Arturo Elías Juárez, CENAM, México.

Marco Antonio Escobar Valderrama, CENAM, México.

Ramón Esquivel González,

UVM � Campus Lomas Verdes, México.

Andrés Francisco Estrada Alexanders,

UAM � Iztapalapa, México.

Claudia Feregrino Uribe, INAOE, México.

Juan Forastieri, INTI, Argentina.

Juan Garay, SEPRI, S.A. de C.V., México.

Rafael Garcia Gutierrez, USON, México.

Francisco J. García Leoro, CESMEC, S.A., Chile.

Israel García Ruiz, CENAM, México.

Samir N. Y. Gerges, UFSC, Brasil.

Patricia Giorgio, INTI, Argentina.

Gilberto Gómez Rosas, UDG, México.

iv

Javier Gonzalez Villarruel, VIDEOTRON, Canadá.

Norma González Rojano, CENAM, México.

Juan Antonio Guardado Pérez, CENAM, México.

Anne Hansen, IMTA, México.

Dionisio Hernández Villaseñor, CENAM, México.

Ignacio Hernández Gutiérrez, CENAM, México.

José Efraín Hernández López, CENAM, México.

Jesús Huerta Chua, CENAM, México.

Juan B. Hurtado Ramos, CICATA � IPN, México.

Claude Jacques, NRC � INMS, Canadá.

Hideberto Jardón Aguilar, CINVESTAV � IPN, México.

José Jassón Flores, CENIDET, México.

Ricardo José de Carvalho, ON, Brasil.

Fernando Juárez López, IPN, México.

José Luis Jurado Baizaval, CIDETEQ, México.

Kazuto Kawakita, IPT, Brasil.

Jorge Koelliker Delgado, CENAM, México.

Gregory Kyriazis, INMETRO, Brasil.

Héctor Laiz, INTI, Argentina.

Judith Velina Lara Manzano, CENAM, México.

Rubén J. Lazos Martínez, CENAM, México.

Lorenzo Leija Salas, CINVESTAV � IPN, México.

Ignacio Lira Canguilhem, UC, Chile.

Leonel Lira Cortés, CENAM, México.

Víctor M. Loayza, INMETRO, Brasil.

Raymundo Lopez Callejas, UAM � Azcapotzalco, México.

José Mauricio López Romero, CENAM, México.

Rosa María López Romero, COLPOS, México.

Saúl López Silva, UAGRO, México.

Sergio López López, CENAM, México.

Salvatore Lorefice, INRIM, Italia.

Darío Alejandro Loza Guerrero, CENAM, México.

Federico Manríquez Guerrero, CIDETEQ, México.

Ignacio Ramiro Martin Domínguez, CIMAV, México.

Edgar Martínez Guerra, UANL, México.

Carlos Humberto Matamoros García, CENAM, México.

José Luis Medina Monroy, CICESE, México.

Nieves Medina Martin, CEM, España.

Jorge Enrique Mejía Sánchez, UDG, México.

Fernando Mendoza Santoyo, CIO, México.

Flora Emperatriz Mercader Trejo, UPSRJ, México.

Jaime Mimila Arroyo, CINVESTAV � IPN, México.

Yoshito Mitani Nakanishi, CENAM, México.

Manrique Humberto Montemayor

De La Luz Mendoza, INYMET, S.A. de C.V., México.

Daniel Morales Matamoros, IMP, México.

José Ángel Moreno Hernández, CENAM, México.

David Morillón Gálvez, II � UNAM, México.

Fernando Motolinía Velázquez, CIDESI, México.

v

Roberto S. Murphy Arteaga, INAOE, México.

Renato Nunes Teixeira, INMETRO, Brasil.

Felipe Orduña Bustamante, CCADET, México.

Raúl Ortega Borges, CIDETEQ, México.

José Luis Ortiz Aparicio, CENAM, México.

Susana Padilla Corral, CENAM, México

Juan Palacio Rodriguez, ROA, España.

Luiz Henrique Paraguassú de Oliveira, INMETRO, Brasil.

Gustavo Pedraza Aboytes, UAQ, México.

Alejandro Pérez Castorena, CENAM, México.

Andrés E. Pérez Matzumoto, CENAM, México.

Carlos Pérez López, CIO, México.

Manuel Pérez Tello, USON, México.

Melina Pérez Urquiza, CENAM, México.

Luis Carlos Platt Lucero, IQ � USON, México.

Alicia Pons Aglio, CSIC, España.

Aldo Quiroga Rojas, INDECOPI, Perú.

Olman Ramos Alfaro, LACOMET, Costa Rica.

José Noé Razo Razo, CENAM, México.

Luis Efraín Regalado, CIFUS � USON, México.

Renato Reis Machado, INMETRO, Brasil.

Adrián Reyes Del Valle, CENAM, México.

Gustavo P. Ripper, INMETRO, Brasil.

José Ángel Robles Carbonell, CEM, España.

Ponciano Rodríguez Montero, INAOE, México.

Ramón Rodríguez Vera, CIO, México.

Guadalupe Judith Sainz Uribe, CENAM, México.

José Antonio Salas Téllez, CENAM, México.

Florencio Sánchez Silva, IPN, México.

Jesús Carlos Sánchez Ochoa, ESIQIE � IPN, México.

Claudia Santo, LATU, Uruguay.

Alejandro Savarin, INTI, Argentina.

Detlef Schiel, PTB, Alemania.

Wolfgang Schmid, EURAMET, Internacional (Europa).

Guillermo Silva Pineda, CENAM, México.

Alejandra Tonina, INTI, Argentina.

Ismael Torres Gómez, CIO, México.

Jorge C. Torres Guzmán, CENAM, México.

Miguel Tufiño Velázquez, IPN, México.

Jorge Uribe Godínez, IQ � UNAM, México.

Joaquín Valdés, UNSAM, Argentina.

Ana Isabel Valenzuela Quintanar, CIAD, México.

Luz Vázquez Moreno, CIAD, México.

Víctor Hugo Vázquez Morales, CENAM, México.

Miguel R. Viliesid Alonso, CENAM, México.

Enrique Villa Diharce, CIMAT, México.

María Eugenia Edith Zapata Campos, CENAM, México.

Alba Zaretzky, CNEA, Argentina.

José Ramón Zeleny Vázquez, Mitutoyo Mexicana, S.A. DE C.V., México.

Luis Omar Becerra Santiago, CENAM,

México.

Carlos Alberto Galván Hernández, CENAM,

México.

Vicente González Juárez, CENAM, México.

Luis Manuel Peña Pérez, CENAM, México.

vi

EFECTO DE LA TEMPERATURA Y CAIDA DE PRESIÓN EN EL RENDIMIENTO DE UN MEDIDOR DIFERENCIAL DE PRESIÓN TIPO PLACA DE ORIFICIO Juárez I., Moncada D. N., Aguilar M.

622

CREACIÓN DEL LABORATORIO DE CALIBRACIÓN DE EQUIPOS BIOMÉDICOS METROLAB COLOMBIA S.A.S Hernández G.E., Laverde S.

628

SESIÓN CARTELES CAR 2

METROLOGÍA LEGAL EN EL DEPARTAMENTO DE RISARALDA, COLOMBIA López D. C.

635

USO DE LA INFORMACIÓN QUE PROPORCIONA LA INCERTIDUMBRE DE LAS MEDICIONES, COMO ESTRATEGIA DIDÁCTICA EN LA ASIGNATURA �ANÁLISIS DE MEDICAMENTOS ENSEÑANZA PRÁCTICA� Olvera A., Carrera I., De la Torre E., Hernández O., Georgina M., Sosa E.

641

DESARROLLO DE COMPETENCIAS EN METROLOGÍA MEDIANTE LA INSTALACIÓN DE UN LABORATORIO SECUNDARIO EN EL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ATITALAQUIA Martínez S., Domínguez C., Vázquez N., Martínez M. J., Navarrete E., González A.,

Domínguez E., Treviño R.

644

DISTRIBUCIONES UNIFORMES EN MODELOS NO LINEALES RESULTADOS ANALÍTICOS Y COMPARACIÓN CON LA GUM Castro J. L., Bouchot C., Sánchez J. C.

648

PLANIFICACIÓN DEL CUMPLIMIENTO DE ISO/IEC 17025 CON UNA ORIENTACIÓN POR ISO 10012 Rodríguez M. R., Rivera C. A.

654

MEASUREMENT OF NANOPARTICLES SIZE BY AFM Cabrera J. L.

661

MEJORA CONTINUA EN CAPACITANCIA Castro I., Sánchez H.

669

DEVELOPMENT OF A NEW THIN FILM SOI-MEMS AC-DC THERMAL CONVERTER WITH A RESISTIVE SILICON DETECTING ELEMENT Estrada H.V.

674

NUEVAS INSTALACIONES DEL LABORATORIO DE RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL CENAM Morales B., Hernández F. L., Rodríguez B.

677

xvii

EFECTO DE LA TEMPERATURA Y CAIDA DE PRESIÓN EN EL RENDIMIENTO DE UN MEDIDOR DIFERENCIAL DE PRESIÓN TIPO

PLACA DE ORIFICIO

Iván Juárez Sosa, Diego N. Moncada Benavides, Miguel Aguilar Corona Centro de Tecnología Avanzada (CIATEQ)

Ave. Del Retablo 150, Col. Constituyentes Fovissste, Querétaro, Qro. México (01 442) 2 11 26 00 [email protected]

Resumen: En el presente estudio se analizó el efecto que tiene la variación del gradiente de temperatura entre el ambiente y el fluido en una tubería, en el comportamiento de una placa de orificio. El análisis fue realizado en el software FLUENT 14, considerando una placa de orificio de 16” con un diámetro de orificio de 10.25” soportada entre bridas, bajo condiciones de operación normales y máximas según el reporte AGA 3 parte 2. 1. INTRODUCCIÓN Los medidores de flujo de tipo diferencial son los más comúnmente utilizados. Entre ellos pueden mencionarse: la placa de orificio, el tubo Venturi, el tubo Pitot, la tobera y el medidor de impacto. Estos obtienen el flujo de un fluido indirectamente, creando y midiendo una presión diferencial, por medio de una obstrucción al flujo. Las herramientas de software DFC (Dinámica de Fluidos Computacional) basadas en el método de volúmenes finitos son de gran utilidad en la actualidad ya que permiten estudiar fenómenos físicos que en la práctica son difíciles de observar en los diversos campos de investigación en donde es posible aplicar esta clase de herramientas. El conocimiento de estos fenómenos da una idea de las posibles repercusiones que pueden tener en el comportamiento del sistema a analizar. Los análisis del medidor de flujo diferencial tipo placa de orificio utilizando la metodología de la Dinámica de Fluidos Computacional (DFC) es tan variada, por ser el DFC una herramienta flexible que permite la realización de una amplia gama de análisis. Estos análisis van desde la aplicación del DFC en el análisis de sistemas de medición [1], la selección del modelo correcto de turbulencia y parámetros de mallado en la zona de ubicación de una placa de orificio [2], así como también de validación de datos de diseño de la placa de orificio [3] hasta llegar a analizar los efectos que tiene la contaminación en la medición con placa de orificio [4].

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Se realizaron análisis de una placa de 10.25" de orificio que está ubicada en una tubería de 16" con aceite residual como fluido de trabajo, para la realización de las simulaciones se ocupó el paquete comercial FLUENT 14. Las condiciones de frontera de las simulaciones se establecieron conforme a los establecidos en el reporte AGA 3 parte 2 [5], y a las condiciones de operación de un sistema típico de medición, para así determinar condiciones máximas, mínimas y criticas. La figura 1 muestra los esquemas del arreglo de la tubería a analizar y la figura 2 de la placa de orificio a considerar. La placa de orificio que se analiza tiene un diámetro de 16” tipo paleta, con un diámetro del orificio de 10.25” y una relación de diámetros (diámetro de la tubería con el diámetro del orificio de la placa = beta) β de 0.672367.

Fig. 1. Esquema del arreglo de tubería analizado

Simposio de Metrología 2012 ________________________________________________________________________________________

8 - 12 de Octubre, 2012

ISBN: 978-607-96162-0-5 622 Simposio Metrología, MemoriasISSN: En trámite

.

Fig. 2. Modelo de la placa de orificio analizada

La tabla 1 muestra las condiciones de operación que son consideradas para el análisis, estas condiciones se obtuvieron al combinar las condiciones máximas de operación de un sistema de medición, mas la temperatura máxima y mínima de una zona de la región Golfo de México en donde se encuentran localizados sistemas de medición, junto con las restricciones que impone el Reporte 3 parte 2 de AGA Los resultados de las deformaciones obtenidas son comparados con la máxima permitida en el Reporte 3 parte 2 de AGA [5], que menciona una deformación dinámica máxima permitida en función de la deformación estática permitida; en el numeral 2-F.5, la ecuación 2-F.5-2 indica cual es el valor de esa deformación estática máxima (yL) cuya ecuación es:

𝑦𝐿 = 0.005 (𝐷 − 𝑑) Donde: D es el diámetro de la tubería d es el diámetro del orificio de la placa. 3. RESULTADOS La tabla 2 muestra un resumen de las deformaciones obtenidas para la placa de orificio en cada condición de operación.

Las figuras que van de la 3 a la 10 muestran los esquemas de la deformación total para cada una de las condiciones analizadas. La escala se encuentra en un rango de 20X para poder apreciar mejor el efecto que se tiene tanto de la presión como de la temperatura en la deformación de las placas, la escala de colores indica que el color azul representa el mínimo valor de deformación y el rojo el máximo (en mm).

Fig. 3. Deformación en la placa por la condición de

operación 1.


operación 2.


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operación 3.


operación 4.


operación 5

. Fig. 8. Deformación en la placa por la condición de

operación 6


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. Fig. 9. Deformación en la placa por la condición de

operación 7

. Fig. 10. Deformación en la placa por la condición

de operación 8

4. DISCUSIÓN De los resultados presentados en la tabla 1, se aprecia que para la condición más crítica de operación (condición 1) la deformación obtenida es

la que corresponde a la presentada en la figura 3, en donde la deformación predominante es en los ejes y y z lo cual indica que es debida a la expansión térmica del material, esto se debe a que se tiene una condición de caída de presión de operación con un valor alto (1000 pulgadas de agua) combinada con un gradiente alto de temperatura (65.5 °C). La condición de operación 5, que presenta una presión de operación similar a la condición 1, pero con un gradiente de temperatura menor (40 °C), muestra en la figura 7, que las deformaciones en los tres ejes x, y, z, son similares, esto quiere decir que la placa de orificio tiene similar deformación por temperatura y presión de operación. 5. CONCLUSIONES En todos los casos analizados la deformación máxima obtenida es menor a la máxima permitida según el reporte AGA 3 parte 2. Si bien la deformación es menor a la recomendada, cabe resaltar el hecho de que la fórmula de cálculo del reporte AGA no considera los efectos de las temperaturas de operación ni ambientales, lo cual en este análisis si fue considerado. Se observa que, para los primeros cuatro casos de análisis en donde el gradiente de temperatura entre la mezcla y la temperatura ambiental es de 65.5 °C, la deformación predominante es la que se origina por la expansión térmica del material (deformación y y z). Conforme el gradiente de temperatura entre la temperatura de operación de la mezcla y el medio ambiente decrece hasta llegar al valor mínimo de 26 °C, la deformación por efecto de la presión (deformación x) de operación aumenta, hasta alcanzar a estar en valores cercanos a la deformación y y z. El valor bajo de deformación se presenta porque el área de impacto de la mezcla en la placa es pequeño, lo que genera un momentum pequeño el cual ejerce una fuerza de deformación baja

El presente trabajo representa un primer análisis de los efectos térmico-estructurales en las placas de orificio, en un futuro será complementado con análisis de placas de mayor diámetro, diferentes


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valores de Beta y distintas condiciones de operación, para llegar a un modelo matemático que tome en consideración estas variables para poder evaluar los efectos de las deformaciones en el cálculo del flujo del fluido a través de la placa de orificio. 6. REFERENCIAS [1] Casillas, J.J., Moncada, D.N., Computational

fluid dynamics (CFD) and its application in fluid measurement systems. 6th ISFFM, May 16-18, 2006, 6 pages.

[2] Ganiev R.I., Nikolayev N.A., Sabirzyanov A.N., Fafurin V.A., V.B. Yavkin, Yatsenko I.A., The choice of turbulence model during analysis of metrological characteristics of flowmeters with standard orifice. Federal state unitary enterprise All-Russian scientific research institute of flow measurement. Kazan, Rusia. 2008.

[3] Kumar, A., Ramerth, D., Ramachandran, D., Validation of CFD Predicted Discharge Coefficients for Thick Plate Orifices With Approach Flow Perpendicular and Inclined to the Orifice Axis. Honeywell Technology Solutions; Bangalore, India. 2008

[4] Reader-Harris, M., Barton, N., Hodges, D., The effect of contaminated orifice plates on the discharge coefficient, Scotland, UK. 2011.

[5] AGA Report No. 3, Orifice Metering of Natural Gas Part 2: Specification and Installation Requirements (2000). www.techstreet.com


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Anexo

Tabla 1. Condiciones de operación

Flujo volumétrico

(BPD)

Presión de operación (kg/cm2)

Caída de presión (in H2O)

Temperatura (°C) de la mezcla

Temperatura (°C) del

ambiente Condición 1 457,276.63 17.00 1000.00 84.00 18.50 Condición 2 457,276.63 17.00 1000.00 66.00 18.50 Condición 3 200,522.66 17.00 192.00 84.00 18.50 Condición 4 200,522.66 17.00 192.00 66.00 18.50 Condición 5 457,276.63 17.00 1000.00 84.00 40.00 Condición 6 457,276.63 17.00 1000.00 66.00 40.00 Condición 7 200,522.66 17.00 192.00 84.00 40.00 Condición 8 200,522.66 17.00 192.00 66.00 40.00

Tabla 2. Resumen de resultados

Deformación, mm Total Por presión Por temperatura

x y z AGA 3 parte 2

Condición 1 0.115470 0.065117 0.102670 0.102640 1.27 Condición 2 0.095022 0.064410 0.076289 0.076267 1.27 Condición 3 0.100220 0.029105 0.099167 0.099143 1.27 Condición 4 0.078003 0.035634 0.073511 0.073493 1.27 Condición 5 0.091442 0.064622 0.071159 0.071142 1.27 Condición 6 0.075872 0.065493 0.044784 0.044770 1.27 Condición 7 0.070300 0.028217 0.067661 0.067645 1.27 Condición 8 0.052008 0.034904 0.042004 0.041995 1.27


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