Curso AADECA 2008 · Elementos piezo-electricos de presion diferencial convierten en senal...
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Curso AADECA 2008 Instrumentación Caudal Capítulo 03
Rotámetros, Transmisor a Turbina Von
Karman, Torbellino,
Ing. Eduardo Néstor Álvarez
Rotámetro Caudalímetro indicador de área variable
Calibrado para un
fluído en particular
Rotámetro Principio
Medidor de Área Variable también llamado Rotámetro, tiene un flotador que se desplaza verticalmente en un tubo cónico, la altura alcanzada esta en relación con el caudal de fluído a través de la velocidad que alcanza en el área anular entre el flotador y las paredes del tubo cónico.
Peso menos empuje
Presión dinámica y rozamiento
viscoso
Rotámetro tubos y
flotadores
Rotámetro escalas
Rotámetro, flotadores diversos
Rotámetro blindado
Nexo Magnético con el Indicador
Rotámetros Fotos
Purguímetro
Turbina
Turbina
Linealidad: +/-
0.15 %
Repetibilidad: +/-
0.02 %
Rango
de Caudales: 10 a 1
Turbina
Turbina
Transmisor a turbina (Emerson Daniel)
Transmisor de caudal a
turbina
Transmisor de caudal a turbina Líquidos (Emerson)
Turbina de insersión
Pendiente de la recta de calibración o Kturbina
Calibración Turbina
Turbina, expresiones
cot 2m nV rβ π= • • •
2mTnV r π= • •
cot 2m nV rβ π= • • •
Turbina, expresiones
Donde Vm es la velocidad media del fluido
A sección transversal del tubo
La velocidad deducida a partir de los datos de rotación de la turbina se compone de:
n :
revoluciones de la turbina.
rm : radio del rotor
:
Ángulo de la héliceβ
πβ 2cot ••••=•= nAAVQ rm
Formación de Vórtices
Formación de Vórtices
Vortex (Von Karman)Theodore Von Karman, en 1911 describió el fenómeno.
Primeros desarrollos industriales a comienzos de los 70
Construccion simple: No tiene partes moviles
Linealidad en un gran rango de Numero de Reynolds
Tecnologia de bajo costo
Exactitud +/- 1 % o mejor
Medicion para líquidos, gases y vapor
Diametros diversos: ½” hasta 16”
Vórtices Von Karman
ABB
Sensor PiezoeléctricoCuerpo generador
de Vórtices
Vórtices Von Karman (Endress)
Karman Vortex
f = frecuencia de VórticesSt = Número Strouhal v = Velocidad del Flujod = Ancho del Generador
de Vórtices
f = St . V/d
Re = Número de ReynoldsD = Diámetro
ν
= Viscosisdad Cinemática
Re = V* D/ν
Factor k medidores Vortex( ) fSt
dAQ ×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ×
='
( )dAStK×
='
KfQ =
Factor K: Depende del Número de Reynoldsy es lineal para:15,000 < Re < 2,000,000Se determina con la calibración en fabricaEn operación se observan desviaciones del K Factor debido a las condiciones de operación del dispositivo ej.:Voltaje de alimentaciónTemperatura de proceso (Compensación electrónica) Temperatura ambiente Efecto de posición (Condición de cañería llena) Compatibilidad Electromagnética RFI
Distintos generadores de
vórtices (Shedder):
Funcionalidad Tipo de fluido (Gas, liquido)
Rangeabilidad Sensibilidad
Mejor respuesta dinámica
Diseño básico de un Vortex
Tipos de Sensores aplicables a Vortex:
Detectan cambios de presion o velocidad de fluido
Elementos piezo-electricos de presion diferencial convierten en senal electrica la oscilacion de DP que existe entre uno y otro lado del shedder
Otro tipo de sensores: termicos, capacitivos y ultrasonicos
Conexión Bridada
Conexion wafero entrebridas
Características de los transmisores Vortex
Diámetros disponibles por ejemplo (Invensys):
3/4” a 12” en conexiones con brida, Clase ANSI 150, 300 y 600#
3/4” a 8” en conexiones wafer, Clase ANSI 150, 300 y 600#
Cuerpo del medidor único en acero inoxidable (AISI 316 o 304) y Hastelloy C (solamente la version wafer).
Baja caida de presión dentro del dispositivo (por diseño DPmax. 8 psi).
Transmisor de montaje directo o remoto (recomendado para aplicaciones de alta temperatura).
Características de los transmisores Vortex
Rangeabilidad 80:1
Temperaturas de operación normal: -20 a 430° C
Comunicación digital via protocolos varios incluyendo , HART, FF, profibus , modbus , etc..
Integracion digital: Configuracion local (display y botones) o remota (via configurador HART, FoxCom, FF).
Salida analogica 4-20 mA, digital y pulsos (escalable)
Diagnosticos de performance on line (local o remoto).
Filtrado de altas y bajas frecuencias para inmunizar automaticamente el instrumento de ruidos e interferencias.
Correccion de Factor K por efectos de la modificacion de condiciones de montaje recomendadas y/o temperatura de proceso.
Características de los transmisores Vortex
En estos medidores la exactitud varía según el régimen de flujo rerpresentado por el Número de Reynolds.
Liquidos:
Re superiores a 30,000: +/- 0.5 %, de lectura
Re entre 20,000 y 30,000: +/- 1 % de lectura
Re entre 5,000 y 20,000: +/- 2 % de lectura
Gases o vapor:
Re de 20,000 o superiores: +/- 1 %de lectura
Re entre 5,000 y 20,000: +/- 2 % de lectura
Características de los transmisores Vortex
Clasificación para areas peligrosas (no exclusivo para los transmisores Vortex):
Certificaciones de Intrinsecally Safe y Explosionproof, según
normas CSA, FM, ATEX y CSA.
Standard para todas las versiones, con salidas analogicas y
digitales.
Certificacion Nonsparrking, segun normas KEMA.
Certificacion Flameproof, según CENELEC.
CLASIFICACION DE GABINETE:
Según requerimientos de IEC IP 66, proteccion NEMA Tipo 4X.
Características de los transmisores VortexSeñal analógica de corriente (4 a 20 mA), directamente proporcional a frecuencia de oscilación del shedder.URV – Upper Range Value : Valor máximo de caudal del dispositivo (único y característico de cada diámetro)LFCI – Low Flow Cut In: Valor determinado como umbral de medición. Por interferencias de ruido de proceso, fluctuaciones hidrodinamica de fluidos, vibracion mecánica, interferencias eléctricas.
Vortex, requerimientos de Montaje
Medidores de fluídos de una fase: líquido o gas: Garantizar montaje para evitar la formación de flujo bifásico.Canería del diámetro del medidor, Sch 40 y 30 D aguas arriba y 5 D aguas abajo.Instalar el medidor lejos de fuentes externas de vibración, interferencias eléctricas. Pueden afectar la sensibilidad de la medición.Para cálculo de flujo compensado, hay una distancia mínima respetable para realizar las acometidas de los sensores de temperatura y presión.
Vortex, requerimientos
de Montaje
Si no se pueden
respetar las condiciones del
tramo aguas arriba
requerido:
Hay tablas de corrección del Factor K para distintas tipos
de montaje con codos,
reducciones, valvulas y otras
situaciones posibles.
Aplicaciones del Vortex
Este metodo se usa para medicion de fluidos:Liquidos limpios de baja viscosidadTodo tipo de gases (puede realizar calculo de caudal
compensado con un computador de caudal y sensores de presion y temperatura)
Vapor saturado y sobrecalentado (con aislacion adecuada)
No se usa para medicion de:Liquidos con solidos en suspensionLiquidos viscososFluidos criogenicos (pueden cambiar de estado y
generar fluidos bifasicos)– Liquidos que pueden solidificar o generar sarros
Vortex áreas de aplicación
VaporSaturadoSobrecalentado
LíquidosAguaAmoníacoDioxido de carbonoPropanoOxigenoArgonMetanoNitrogenoDiesel oilLight Fuel oilKerosene
GasesAireNitrogenoAmoníacoGas NaturalPropanoOxigenoArgonMetanoGas Natural
Aplicaciones del VortexVentajas respecto de la Placa Orificio.
– Mayor rangeabilidad– Mayor exactitud (en el orden del 1 % contra 3 %)– Menor perdida de carga
Aplicable a la medicion de flujos constantes:– Produccion de vapor, aire ,y toda otra variable que deba
mantenerse en el proceso o bien de variaciones lentas.
No recomendado para medicion de fluidos pulsantes:– Consumos secuenciales
El Flasheo o Cavitacion del fluido dentro del tramo de medicion destruyen los shedders
Aplicaciones del Vortex
Reemplaza con notorias ventajas a la Placa Orificio y todas sus posibles variantes (tubo Pitot promediante, por ejemplo).
Gran rangeabilidad (80:1) y estabilidad a bajos caudales
Bajo mantenimiento: no necesita recalibracion periodica, carece de partes moviles y repuestos (solamente el reemplazo del sensor piezo-electrico).
Exactitud en el orden del 1 % o mejor.
Operacion para Servicios de baja y alta temperatura.
Bajo costo.
Medidor Vortex con compensacion automatica de presión y temperatura en el mismo dispositivo
Instalación del Vortex (endress)
5 x DN
5 x DN
5 x DN2 x DN
15 x DN
50 x DN
8 x DN
Aplicación (Endress)
Vapor saturado Temperatura: 205°c Presión: 17 bar a
Aplicación(Endress) Nitrógeno Liquido Temperatura: -175°c Presión: 16 bar a
Medidor de
Torbellino
Medidor de
Torbellino