8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
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Presentacin 6Medidores de Gas Natural Ing. Nelson Yaez
CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS INHERENTES ALOS SISTEMAS DE MEDICIN Y REGULACIN EDRS
PRMS Y CITY GATES
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Tiposdemedidores Caractersticasyaplicaciones NormativasdelaAGAyAPI Mantenimientodemedidores
CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOSINHERENTES A LOS SISTEMAS DE MEDICIN Y
REGULACIN EDRS PRMS Y CITY GATES
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1 2 5 10 2 5 100 2 5 1000 2 5 10000 2 5 100000 2 5 1000000 2
Medidores Qmax/ Qmin= 50
Domiciliarios Pmax.= 200 mBar
A diafragma de baja presin Qmax/Qmin=50
Pmax.= 200 mBar
A diafragma de alta presin Qmax/Qmin=50
Pmax= 7 Bar
Medidores de lbulos rotativos Qmax/Qmin= 50
Turbinas Qmax/Qmin=10 en baja presin
Qmax/Qmin=50 en alta presin
QmaxQmin=3 Placas de orificio
Qmax/Qmin=60 Ultrasnicos
Medicin de Gas Natural
Rangos de apl icacin aconsejables para diversos tipos de medi dores
Diversidad de Medidores Gas
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Diversidad de Medidores Gas
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AGA Report n 3Orifice Metering of Natural Gas and Other RelatedHydrocarbon Fluids
AGA Report n 7Measurement of Gas by Turbine Meters
AGA Report n 8
Compressibil ity Factors of Natural Gas and OtherRelated Hydrocarbon Gases
AGA Report n 9Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic meter
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CAMPO DE APLICACION
Medidores tipo turbina axiales
Regula la medicin de gas en los siguientes aspectos:
Construccin
Instalacin
Operacin
Prcticas de calibracin
Mtodos de clculo para determinacin de flujo volumtricoy msico de gas
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La Turbina Deduceel Flujo midiendola Velocidad
del Rotor
Medidor de Turbinas para Gas
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CONSTRUCCIN
COMPONENTES DEL MEDIDOR TIPO TURBINA
Cuerpo
SalidaEntrada
Estator deentrada
Estatorde salida
Pasajeanular
Rotor deturbina
Conexin
MecanismoCarcaza ycono de cola
Indicador mecnico oelectrnico
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Medidor de Turbinas para Lquidos
Buje
Rotor con Aro
Botones deMaterial Magntico
Imn
BobinaCaptadora
0 - 5 V
SalidaEntrada
150 mV
Preamplificador
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CONSTRUO
MEDIDORES TIPO TURBINA
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VARIACION DEPARAMETROS DENTRO DE
UN MEDIDOR TIPO TURBINA
Curva de presin a travs de unmedidor turbina
Presin p
Conversin de energia
presin energia rotacional
Diagrama equivalente de fluido
de un medidor tipo turbina
Toma de
presin
Termmetro de
control
Longitud
Pt100
Diferencia de temperatura
1oCVariacin de la temperatura del gas a travs de unaturbina a una velocidad de 18 m/s.
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CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA
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CONFIGURACION OPCIONAL PARA
INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA(Short coupled)
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CONFIGURACION OPCIONAL PARAINSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA
(Closed coupled)
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CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE MEDIDOR TIPO TURBINA ANGULAR
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RECTIFICADOR DE FLUJO
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CURVA DE EXACTITUD DE UN MEDIDOR TIPOTURBINA A PRESION ATMOSFRICA
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EFECTO DE FLUJO HELICOIDAL EN UNMEDIDOR TIPO TURBINA
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LIMITACION DE APLICACION DEL MEDIDOR TIPOTURBINA
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PRUEBAS DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA ENDIFERENTES PRESIONES Y DESPUES DE 5 AOS
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COMPRESIBILIDAD
Definicin del Diccionario de la Industria del Petrleo:
Relacin del volumen real del gas a una temperatura y presin dadas
por el volumen del gas cuando es calculado por la Ley de los Gases
Ideales.
O sea: Z = PV / n R T
Desvio de la Ley de los Gases Ideales o no-idealidad de un gas.
Z es afectada por la: - presin- temperatura
- composicin del gas
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Importante para una medicin exacta de flujo de gas
COMPRESIBILIDAD
No es fcil de entender y calcular
Exige algn conocimento de qumica
Despreciable en las condiciones base
Puede representar 20% de correccin del volumen e altas presiones
Vara mucho en funcin de la composicin
Los hidrocarburos son ms compresibles que los gases inertes
Pero, es muchas veces equivocada porque:
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Modelo terico de una molcula de Metano (CH4)
H
HH
HC
Gas ideal (He, Freon): colisin elstica entre las molculas de gas
Gas real: colisin no es perfectamente elstica entre las
molculas de gas debido a las fuerzas de Van der Waals
(adherencia)
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MTODOS DE CLCULO DEL FACTOR DECOMPRESIBILIDAD Z
Sumatoria de los segundos coeficientes viriales GPA 2172-86 y
anteriores
Mtodo alternativo de sumatoria de los trminos b1/2
NX-19 (Mtodo AGA anterior a 1992)
AGA-8 Gross
AGA-8 Detail
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MTODO DEL AGA REPORT No. 8
Publicado en 1992, con la intencin de cubrir un rango mas amplio de
condiciones, y de ser mas exacto.
Las ecuaciones para clculo de Fpv son ecuaciones de estado basadasen mezclas complejas y conjuntos de combinaciones binarias de
molculas puras.
Basado en ecuaciones iterativas de clculo computacional
El clculo detallado y una combinacin de la Segunda Ecuacin Virial
para aplicaciones de baja densidad, y funciones exponenciales para las
aplicaciones de densidad mas elevada, como en las lneas de transporte
de gas natural.
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MATRIZ DECOBERTURA DEL
AGA REPORT No. 8
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AGA REPORT No. 8Detail Method
AGA REPORT No. 8Gross Method
Rango de aplicacin mas
amplio Permite el clculo con datos
incompletos de la calidad del gas
Rango de aplicacin restringido
Permite el uso de la gravedad,
calor especfico o composicin de
metano, y concentraciones de
CO2 y N2.
Exige un anlisis completo del gas
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Incertidumbre delclculo de la AGA
Report No. 8 DetailMethod
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Error de Z o Fpv versus Presin
Fpv=
1/Zb
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
PSIA 146.4 409.8 673.2 936.6
FPV Gs rico
(1239 BTU)
FPV Gs pobre
(1034 BTU)
1200
Fpv: antiguo factor de supercompresibilidad
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PdCm 21
1
4
2
4
Normas: ISO 5167 e AGA Report #3
P T
D
d
PLACA DE ORIFICIO
vD d
P
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Escoamento
Tomadas de presso do
tipo corner taps
Tomadas de presso do
tipo D e D/2
Tomadas de
presso do tipo
flange tapsPresso
sobre a
paredeinterna
do tubo
Perda de cargaefetiva
Plano da "vena
contracta"
TOMAS DE PRESIN
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Los Dispositivos basados en Placas
Orificio Deducen el Flujo midiendola Cada de Presin generada en laRestriccin
Placas de Orificio
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Dispositivos basados en Venturis
Los Dispositivos basados en Venturis /Toberas Deducen el Flujo midiendo laCada de Presin generada en laRestriccin
Venturis Toberas
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El AGA Report No. 3, Part 2 suministra las exigencias de laespecificacin y de la instalacin para la medicin de fluidos
Newtonianos monofsicos y homogneos utilizando sistemas de
medicin con placas de orificio concntrico con tomas de presin detipo flange taps.
El documento presenta las especificaciones para la construccin e
instalacin de placas de orificio, tubos de medicin y conexiones
asociadas.
La utilizacin de placas con tomas de presin del tipo pipe tapsest detallada en el AGA Report No. 3, Part 3.
PREFACIO
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El AGA Report No. 3, Part 2, 4th edition, 2000 trae alteraciones enlas tolerancias de especificaciones mecnicas en relacin a las
ediciones anteriores.
En particular, las exigencias en cuanto a los tramos rectos de
tubera fueron ampliadas.
Este cambio reduce la incertidumbre atribuible a los efectos de la
instalacin a una magnitud menor que la de la incertidumbre del
banco de datos en el cual se basa la ecuacin de Reader-Harris/Gallagher (RG), por lo tanto, no deberia afectar la
incertidumbre previamente definida para esta ecuacin.
REQUISITOS DE ESPECIFICACION E INSTALACION
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El documento no exige la actualizacin de instalaciones ya existentes.
La decisin sobre la actualizacin de las instalaciones existentes
es una decisin que corresponde a las partes involucradas.
Entretanto, si las instalaciones de medicin no fueran actualizadas,
pueden ocurrir errores de medicin debido al acondicionamiento
inadecuado del flujo en los tramos rectos de tubera aguas arriba.
ACTUALIZACION DE INSTALACIONES YA EXISTENTES
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La norma se basa en relaciones de dimetros (r) en el rangoentre 0.10 y 0.75
El uso de medidores en los extremos del rango de r debeevitarse siempre que sea posible
La incertidumbre mnima para el coeficiente de descarga Cd es
conseguida con r entre 0.2 y 0.6 y dimetros de orificios iguales omayores que 0,45 pulgadas
RELACION DE DIAMETROS r
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ELEMENTO PRIMARIO
El elemento primario se define como el conjunto
constitudo por la placa de orifcio, la porta-placa con
sus tomas de presin diferencial asociadas, el tubo demedicin, y el acondicionador de flujo, si es utilizado.
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Measurement of Gas by
Multipath Ultrasonic Meters
Transmission Measurement CommitteeReport No. 9
Copyright 1998 American Gas AssociationAl l Rights Reserved
Operating SectionAmerican Gas Assoc iat ion
1515 Wilson BoulevardAr lington, Vi rg in ia 22209
Catalog No. XQ9801
June 1998
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Principio de Operacin
Uno o mas pares de transductores
Trnsito alternado de seal de 100 (& 200) kHz
Medicin de la diferencia en el tiempo de trnsito
Cada par de transductores muestra varias veces/seg Determinacin de la velocidad del gas
Calcula el volumen a partir de la velocidad media
TransdutoresTransdutores
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Transmisin de Seal Ultra-snica
Medidores Ultrasnicos para Gas
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El MedidorUltrasnico Deduceel Flujo midiendo el
Tiempo de Trnsitodel Sonido entredos Transductores
Ti Tr
Medidores Ultrasnicos para Gas
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cosv+cL
=tj
t1
-t
1
cos2
L=v
mj
Travel Time Equations
Velocity Equation
cosvcL
=tm
Ecuaciones Bsicas Importantes
Ecuaciones Bsicas Importantes
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R
r-1v=v(r)
n
1
max
drv(r)L
1=v
L
v(r)dSS
1=V
S
dLv(r)L1
dSv(r)S
1
=k
L
S
c
4
dv=Q
2
m
v = f k vm adjust c L
La expresin mas importante !!!
Ecuaciones Bsicas Importantes
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Requisitos de un Medidor Ultra-snico
Cuerpo del medidor de alta calidad
Reloj de alta resolucin
Electrnica estable
Sistema de procesamiento de seales inteligente
Resultados de pruebas y calibraciones extensivas
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Ejemplo de Tiempo de Trnsito
Dimetro nominal del medidor= 12Longitud tpica del rayo = 0,70 m
Velocidad del sonido en GN = 387 m/s
Tiempo de trnsito para velocidad cero del gas =
Longitud / Velocidad del sonido =
0,70 / 387 = 0,0018 segundos
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Tempo de trnsito a montante: cosvc
L=Tm
Tm= (0,700) / (387 2 Cos 60) = 1,8093 10-3
Sec.
Diferena = 1,8065 10-3 1,8093*10-3= 2,753 10-6s !
Ejemplo de Tiempo de Trnsito
Tiempo de trnsito aguas arriba : cosvcLTj
(Velocidad del gas a 0,61 m/s )
Tj = ( 0,700 ) / (387 + 2 . Cos 60 ) = 1.8065 . 10 -3 Sec.
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Rayo Reflectivo nico(Medicin para control)
D R R fl ti
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Dos Rayos Reflectivos
(Transferencia de custodia)
Tres Rayos Reflectivos
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Tres Rayos Reflectivos
(Transferencia de custodia)
Combinacin Matricial de Cinco Rayos
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Combinacin Matricial de Cinco Rayos
(Transferencia de custodia)
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Aplicaciones de Medidores Ultra-snicos
Mediciones de transferencia de custodia
Plantas termoelctricas
Balance de gasoductos
Almacenamiento subterraneo
Control de compresores
Medicin offshore para pago de impuestos
Ventajas del Medidor Ultra-snico
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Ventajas del Medidor Ultra snico
Amplio rango de operacin (> 50:1)
No causa prdida de carga
Medicin de flujo bi-direccional
Exactitud elevada
Linealidad
Exento de partes mviles, bajo mantenimiento
Aplicable a gases sucjos y con algunos lquidos
Limitaciones Operacionales Tpicas
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Temperatura del gas: -30C +80C
Presin del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 psi g)
Contenido de CO2 inferior a 20%
Temperatura ambiente: -40C +60C
Nivel de H2S depende del transductor
Velocidades del gas hasta 30 m/s
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Requisitos Generales de Instalacin
10D aguas arriba recomendado
5D aguas abajo recomendado
Acondicionador de flujo opcional
Evitar vlvulas de control con dif >14 bar.
Calibracin contra medidor patrn opcional
Requisitos de Desempeo de AGA #9
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
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1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0
-1,2
-1,4
-1,6
q min q t q max
Erro
[%]
Repetitividade0,4% (q i < q t )
Repetitividade: 0,2% (q iq t )
q t0,1q max
Erro max pico a pico: 0,7% (q iq t )
Leitura de zero < 12 mm/s (para cada feixe acstico)
Limite expandido do erro: +1,4%
(q i < q t)
Limite de erro para medidores
pequenos (12): +0,7%
Limite de erro para medidores
grandes (>12): -0,7%
Limite de erro para medidores
pequenos (
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Requisitos de AGA 9 para medidores < 12
Repetibilidad: 0,2% ( q t q i q max ) 0,4% ( q min q i q t )
Resolucin: 0,001 m/s
Intervalo de muestreo: 1 segundo
Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acstico
Error mximo: 1,0% ( q t q i q max ) 1,4% ( q min q i q t )
(Ver Fig. 1)
Error mximo pico a pico: 0,7 % ( q t q i q max ) (Ver Fig. 1)
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
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Requisitos de AGA 9 para medidores 12
Repetibilidad: 0,2% ( q t q i q max ) 0,4% ( q min q i q t )
Resolucin: 0,001 m/s
Intervalo de muestreo: 1 segundo
Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acstico
Error mximo: 0,7% ( q t q i q max ) 1,4% ( q min q i q t )
(Ver Fig. 1)
Error mximo pico a pico: 0,7 % ( q t q i q max ) (Ver Fig. 1)
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Capacidad de los Medidores Segn AGA #9
Dimenso
NominalQMin[ACFH]
Qt
[ACFH]
QMax
[ACFH]
Fundo de
escala[ACFH]
Faixa de
operao
3 800 1 500 18 500 24 000 12.3 / 23.2
4 900 2 000 32 000 40 000 16.0 / 35.6
6 1 000 3 000 72 000 90 000 24.0 / 72.0
8 1 200 3 500 125 000 150 000 35.7 / 104.2
10 2 000 4 000 200 000 240 000 50.0 / 100.012* 2 500 5 000 250 000 360 000 50.0 / 100.0
12 3 000 5 500 280 000 360 000 50.9 / 93.3
16 5 000 8 000 450 000 562 500 56.3 / 90.0
20 7 000 12 000 700 000 900 000 58.3 / 100.0
24 10 000 17 000 1 000 000 1 200 000 58.9 / 100.0
30 15 000 25 000 1 600 000 2 000 000 64.0 / 106.7
36 20 000 35 000 2 300 000 2 812 500 67.7 / 115.0
Calibracin de un medidor de 4
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4 Inch Meter Repeatability
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Velocity (fps)
Error(Per
cent)
Velocidade [ ft/s]
E
rrordeindic
acin[%]
REPETITIVIDADE
Calibracin de un medidor de 4
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
76/99
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Error(Percent)
Veloci ty (fps)
4 Inch Meter Performance
E
rrordeIndic
acin[%]
Velocidade [ ft/s]
DESEMPEO
Calibracin de diversos medidores de 8
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
77/99
-0.7
-0.5
-0.3
-0.1
0.1
0.3
0.5
0.7
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Perce
ntError
Velocity (Feet per Second)Velocidad [ ft/s]
E
rrordeindic
acon[%]
Calibracin de varios medidores de 8 a 30
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
78/99
-0.7
-0.5
-0.3
-0.1
0.1
0.3
0.5
0.7
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Perce
ntError
Velocity (Feet per Second)Velocidad [ f t/s]
Errordeind
icacin[%]
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
79/99
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
80/99
CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE MEDIDOR TIPO CORIOLIS
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
81/99
CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE MEDIDOR TIPO CORIOLIS
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
82/99
MINIMIZANDO CAIDA DE PRESIN
Medidor Msico de Efecto Coriolis Gas
8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural
83/99
El Medidor Msico Deduce la Masa del
Fluido midiendo las Fuerzas Coriolisgeneradas en sus Tubos vibratorios
Medidor Msico de Efecto Coriolis Liquidos
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Msico de
Efecto Coriolis
El Medidor MsicoDeduce la Masa
del Fluido midiendolas Fuerzas Coriolisgeneradas en sus
Tubos vibratorios
Medidor Msico de Efecto Coriolis Lquidos
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Salidas A y B en fase
TiempoAmplitud
Salida A
Salida B
TiempoAmplitud
Sin Flujo
Con Flujo
Medidor Msico de Efecto Coriolis Lquidos
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Msico deEfecto CoriolisVENTAJAS
Lecturas Msicas Directas
Provee otras VariablesBajo Mantenimiento
DESVENTAJASRequiere T y P para volumen std.Alta Cada de PresinLmitado Flujo Mximo
Sensible a Gas / Aire en la LneaSensible a la Forma de InstalacinPrecisin y Repetibilidad VariablesBaja inercia / Cero inestable
Desplazamiento Positivo Gas
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El Medidor de DPmide el VolumenDirectamente
contando las
Revolucionesdel Rotor
CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS INHERENTES ALOS SISTEMAS DE MEDICIN Y REGULACIN EDRS
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Presentacin 6
Medidores de Liquidos Ing. Nelson Yaez
PRMS Y CITY GATES
Diversidad de Medidores Lquidos
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Medidor de Turbinas para Lquidos
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Tabla de Aplicacin DP / Turbinas
Viscosidad(
):Centipoise
1,000
300
100
30
10
3
1
0.3
0.1
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La Turbina Deduce el Flujo midiendola Velocidad del Rotor
Medidor de Turbinas para Lquidos
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Re =2214 x Flujo (BPH)
Dimetro x Viscosidad(in) (cSt)
Vavg
Flujo Turbulento
o tipo Tapn
(Re > 10,000)
Bajas Viscosidades
Mayores Viscosidades
Flujo Laminar
(Re < 4,000)
Vmax
Vmax
Vavg
Q = Vavg x Asi A permanece constante
Q Vavgsi Vf = Vavg
Q Vrotor
Medidor de Turbinas para Lquidos
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VENTAJASCosto InicialBajo MantenimientoManeja Altos Flujos
DESVENTAJAS- Maneja Bajas Viscosidades- Sensible a Cambios de Viscosidad
- Requiere Calibraciones Frecuentes- Requiere Flujo Turbulento- Requiere Acondicionadores de Flujo- Requiere Contrapresin Mnima
Turbina Convencional
T bi H li id l
Medidor de Turbinas para Lquidos
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Turbina Helicoidal
VENTAJASManeja Viscosidades Med.Maneja Altos FlujosMecanismo Interno en
Carcaza DobleBajo Mantenimiento
DESVENTAJAS
Las Mismas de otras TurbinasMenor ResolucinMs Costosa que la Turbina C.
Turbina Convencional
Medidor de Turbinas para Lquidos
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Turbina Convencionalvs. Helicoidal
Desplazamiento Positivo Liquidos
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El Medidor de DPmide el VolumenDirectamente
contando lasRevolucionesdel Rotor
Lquidos
Desplazamiento Positivo Liquidos
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Rodamientodel labe
Cmara de Medicin
Carcaza
del Medidor
Rotor
Levalabe
Recorrido delos labes
Lquido Bloque
Desplazamiento Positivo Liquidos
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Desplazamiento
Deslizamiento
Tpicamente para un fluido de 2 cP,el 99,7% del producto es deplazadoy el 0,3% se desliza
Por arriba de 20 cP, practicamentetodo el producto es deplazadoy nada se desliza
Desplazamiento Positivo Liquidos
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VENTAJAS
Immune a cambios de ViscosidadExtremadamente EstableBaja Cada de PresinManeja Altas / Med. Viscosidades
Opera sin Alimentacin Externa
DESVENTAJASCosto InicialMuchas Partes MvilesSensible a Bolsas de Gas / Aire
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