INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN METODOLOGÍA PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN P R E S E N T A GUILLERMO MOTA GINEZ ASESORES M. EN C. RENÉ TOLENTINO ESLAVA M. EN C. MARÍA CONCEPCIÓN ORTIZ VILLANUEVA MÉXICO, D.F. ENERO 2012

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3 ÍNDICE RESUMEN INTRODUCCIÓN OBJETIVO RELACIÓN DE FIGURAS RELACIÓN DE TABLAS i ii iii iv vi CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE MEDICIÓN DE FLUJO PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Viscosidad Densidad Presión Presión de vapor ECUACIONES DEL FLUJO DE FLUIDOS Número de Reynolds Ecuación de Continuidad Ecuación de Bernoulli FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERÍAS CALIBRACIÓN DE FLUJO Calibración de medidores de flujo volumétrico Calibración de medidores de flujo másico CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIDORES DE FLUJO 13 CAPÍTULO 2 MEDIDORES DE FLUJO CLASIFICACIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO PLACA DE ORIFICIO Principio de funcionamiento Requisitos de instalación Aplicaciones TUBO ANNUBAR Principio de funcionamiento Requisitos de instalación Aplicaciones 26

4 2.4 MEDIDOR TIPO TURBINA Principio de funcionamiento Requisitos de instalación Aplicaciones MEDIDOR ULTRASÓNICO Principio de funcionamiento Requisitos de instalación Aplicaciones MEDIDOR MAGNÉTICO Principio de funcionamiento Requisitos de instalación Aplicaciones MEDIDOR TIPO CORIOLIS Principio de funcionamiento Requisitos de instalación Aplicaciones 38 CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DE MEDIDORES DE 40 FLUJO 3.2 ALGORITMO PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE 45 FLUJO VOLUMÉTRICO 3.3 ALGORITMO PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE 48 FLUJO MÁSICO 3.4 PROGRAMA FLOWSEL2011 PARA LA SELECCIÓN DE 51 MEDIDORES DE FLUJO MANUAL DEL USUARIO Requerimientos mínimos de instalación Pantallas de información 59 CAPÍTULO 4 APLICACIONES DEL PROGRAMA CASO 1. LÍQUIDO LIMPIO Selección de referencia Solución del programa FLOWSEL CASO 2. LÍQUIDO A VELOCIDAD BAJA Selección de referencia Solución del programa FLOWSEL CASO 3. LÍQUIDO LIMPIO Selección de referencia 65

5 4.3.2 Solución de programaflowsel CASO 4. MEDICIÓNDE FLUJO MÁSICO Selección de referencia A Solución del programa FLOWSEL Selección de referencia B Solución del programa FLOWSEL COMPARACIÓN Y ANÁLISIS 72 CONCLUSIONES 74 BIBLIOGRAFÍA 76 APÉNDICE. CÓDIGO FUENTE. 78

6 RESUMEN En este trabajo se elaboró un programa de cómputo desarrollado en la plataforma de Visual Basic 6.0, para seleccionar medidores de flujo, como son: placa de orificio, tubo annubar, medidor tipo turbina, medidor ultrasónico, medidor magnético y medidor tipo Coriolis; de acuerdo a las características del proceso. Se desarrolló una metodología de selección para determinar cuál de los medidores de flujo es el adecuado para un sistemaindustrial. Con base a esta información se desarrolló el programa de cómputo, tomando como criterios de selección, el tipo de flujo a medir másico o volumétrico; tipo de fluido, líquidos limpios, líquidos sucios, líquidos viscosos, corrosivos, lechosos, gas o vapor y líquidos con sólidos suspendidos, diámetros de la tubería y número de Reynolds. El programa de cómputo proporciona una selección del medidor de flujo, respecto a otras metodologías, la metodología desarrollada en este trabajo y el programa propuesto presentaron buenos resultados. Por otro lado el programa FLOWSEL2011 presenta el resultado y muestra información referente al medidor de flujo seleccionado, comoson ventajas, desventajas, principio de funcionamiento e instalación. Con el desarrollo de esta metodología aplicada al programa de cómputo se pueden tener aplicaciones a nivel industrial, así como una aplicación académica para la selección y conocimiento de los medidores de flujo ya que proporcionan información del medidor de flujo seleccionado. i

7 INTRODUCCIÓN Los fluidos están presentes en la mayoría de los procesos industriales ya sea porque intervienen en forma directa en el sistema de producción o porque pertenecen a los sistemas secundarios por lo que es fundamental tener un adecuado control. La medición de flujo es uno de los aspectos más importantes dentro de los procesos, de esta variable de hecho, bien puede ser la variable siendo una de las variables medidas. Existen muchos métodos confiables y precisos para medir el flujo. Algunos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores, y otros a ambos. Es fundamental conocer las características de esos fluidos que pueden variar mucho de una aplicación a otra, es necesario medirlos y controlarlos, para ello existen diversos tipos de medidores de flujo en el mercado, dentro de los más utilizados a nivel industrial son la placa de orificio, el tubo annubar, el medidor tipo turbina, el ultrasónico, el de Coriolis y el medidor magnético. Cada uno de ellos tiene diferente principio de funcionamiento y características que definen el uso para determinada aplicación dentro del sistema de producción. Todos estos factores afectan la medición y deben ser tomados en cuenta en el momento de seleccionar el medidor de flujo. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar una metodología para la selección de medidores de flujo y presentar el programa de computo FLOWSEL2011 el cual realiza dicha selección, además proporciona información de relevancia de cada uno de los medidores. Para cumplir con el objetivo este trabajo se estructuró de la siguiente forma. En el Capítulo I se presentan las propiedades de los fluidos como son, viscosidad, densidad y presión necesarias para entender los principios de la medición de flujo. También se abordan las ecuaciones que rigen el flujo de fluidos en tuberías como son Continuidad y Bernoulli; así como los tipos de perfiles de velocidad. En elcapítulo II se mencionan los medidores de flujo más utilizados a nivel industrial, su principio de funcionamiento, la ecuación por la cual están regidos, ventajas y desventajas y los requisitos de instalación. Los medidores que se presentan son de placa de orificio, tubo annubar, medidor tipo turbina, medidor ultrasónico, medidor magnético y medidor tipocoriolis. En el Capítulo III se muestra la metodología para seleccionar medidores de flujo, el algoritmo para la selección de medidores de flujo volumétrico, así como el algoritmo para seleccionar medidores de flujo másico. Por último se presenta, el programa para seleccionar medidores de flujo y el manual del usuario del programa FLOWSEL2011 En el Capítulo IV se presenta la aplicación del programa FLOWSEL2011 mediante una comparación de los resultados obtenidos con este programa de cómputo y los resultados de diferentes metodologías, la comparación fue para líquidos limpios, líquidos a velocidad baja, gases y medidores másicos. También se presenta el análisis de resultados. Finalmente se muestran las conclusiones de este trabajo. ii

8 OBJETIVO Desarrollar una metodología para la selección de medidores de flujo. iii

9 RELACIÓN DE FIGURAS No. Descripción Página 1.1 Variación de la viscosidad dinámica del agua en función de la 3 temperatura. 1.2 Presiones, manométricas, absoluta, de vacío y 4 atmosférica. 1.3 Variación de la presión de vapor del agua en función de la 5 temperatura. 1.4 Flujo laminar y turbulento en una tubería Perfiles de velocidad laminar y turbulento Diagrama representativo de la ecuación de la continuidad Región de entrada, flujo en desarrollo y flujo desarrollado en 10 una tubería. 1.8 Sistema volumétrico para la calibrar medidores de flujo 11 volumétrico. 1.9 Sistema estático de pesado para la calibración de flujo másico Clasificación de los medidores de flujo Presión diferencial creada por la placa de orificio Tipos de placas de orificio Instalación de placas de orificio y tobera con accesorios en el 20 mismo plano [1]. 2.5 Instalación de placas de orificio y tobera en diferentes planos [1] Tramos mínimos de tubería para la instalación de placas de 21 orificio y tobera con expansiones, contracciones y entradas a presión atmosférica [1]. 2.7 Tramos mínimos de tubería para la Instalación de placas de 22 orificio, tobera y tubo venturi en presencia de válvulas y reguladores [1]. 2.8 Requisitos de tubería recta para instalar tubos Annubar [2] Requisitos de tramo recto de tubería, con válvulas, reducciones y 25 expansiones, tuboannubar [2] Sección transversal de un medidor tipo turbina para líquidos Instalación recomendada de medidores tipo turbina [3] Acoplamientos mínimos en líneas de gas [3] Instalación con tubería no recta [3] Recomendación de la instalación de un medidor de 29 gas [3] Cabezal individual transmisor receptor, medidor 31 ultrasónico Instalación en tramo recto de tubería de un medidor 32 iv

10 ultrasónico [4] Medición de flujo acondicionado, medidor ultrasónico 4] Elementos de un medidor de flujo electromagnético Distancia para instalar un medidor de flujo de tipo electromagnético [5] Longitudes recomendadas para tramos rectos, 36 medidor de flujo tipo electromagnético [5] Medidor tipo Coriolis Tipos de instalación, del medidor tipo Coriolis Metodología para la selección de medidores de flujo Metodología para seleccionar medidores de flujo 45 volumétricos. 3.3 Algoritmo para la selección de medidores de flujo 47 volumétricos. 3.4 Metodología para la selección de medidores de flujo 48 másicos. 3.5 Algoritmo para la selección de medidores de flujo 50 másico. 3.6 Ventana de inicio del programa Pantalla de inicio de medidores de flujo Pantalla con información de la placa de orificio Pantalla de selección del medidor de flujo Pantalla con características del fluido y del sistema Características de los fluidos Pantalla del medidor de flujo seleccionado Información referente al medidor magnético Información referente al medidor magnético 56 continuación Icono del programa FLOWSEL Instalación del ejecutable Ventana de información de la placa de orificio Criterios de instalación de Placa de Orificio Instalación de la placa de orificio norma ASME Esquema de un tren de descarga y filtrado. 4.2 Datos del programa de cómputo Información del medidor de flujo para placa de orificio 63 concéntrica. 4.4 Medidor seleccionado por el programa de cómputo Información referente a placa de orificio segmentada Diagrama de conexiones del medidor de flujo tipo turbina y 67 acondicionadores. 4.7 Selección del medidor de flujo para gases. 67 v

11 4.8 Ventana de información del medidor tipo turbina Ventajas y desventajas medidor tipo turbina Software FCI seleccionador de medidores másicos Recomendación del flujo másico FCI Programa de cómputo selección de medidor másico Información medidor Coriolis Programa para seleccionar medidores de flujo. 72 RELACIÓN DE TABLAS. No. Descripción Página 1.1 Densidad del agua en función de la temperatura para un intervalo de 0 ºC a 40 ºC. 3.1 Características de selección para medidores de flujo vi

12 CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE MEDICIÓN DE FLUJO En este capítulo se presentan las propiedades de los fluidos como son, viscosidad, densidad y presión necesarias para entender los principios de la medición de flujo. También se abordan las ecuaciones que rigen el flujo de fluidos en tuberías como son la ecuación de Continuidad y la ecuación de Bernoulli; así como los tipos de perfiles de velocidad.

13 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo 1.1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Los fluidos pueden dividirse en líquidos y gases. Las diferencias esenciales entre líquidos y gases son: a) los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles, b) los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres mientras que una masa dada de gas se expande hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo tenga.es importante para la selección de medidores de flujo, las propiedades de éste como son: la viscosidad, la densidad, presión, densidad relativa entre otras Viscosidad La viscosidad es la resistencia que presenta un fluido al corte y es aplicada para distinguir el comportamiento entre sólidos y fluidos. Existen dos tipos de viscosidad que se mencionan a continuación. La viscosidad absoluta o dinámica (µ), se define como la relación entre la fuerza y el gradiente de velocidad con que una capa de fluido se desplaza con respecto a una superficie fija, indicando la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante, en la práctica corresponde a la resistencia de un líquido a la deformación mecánica. Algunas unidades en que se expresa esta propiedad son el Poise (P), el Pa s y el centipoise cp, siendo las relaciones entre ellas las siguientes: 1 Pa s = 10 P = 1000 cp. La viscosidad cinemática (υ ), es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como ν. µ ν = (1.1) ρ Algunas de las unidades para expresarla son el m 2 /s, el stoke (St) y el centistoke (cst), siendo las equivalencias las siguientes: 1 m 2 /s = St = 1x10 6 cst. La viscosidad dinámica en el agua se puede determinar únicamente en función de la temperatura como se muestra en la ecuación 1.2. log 10 µ t µ (20 t) ( t 20) = t (1.2) La ecuación 1.2 toma como referencia la viscosidad del agua a 20 ºC. el cual es de aproximadamente 0.001Pa s. En la figura 1.1 se muestra la variación de la viscosidad del agua en función de la temperatura. Ingeniería en Control y Automatización 2

14 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo Figura 1.1Variación de la viscosidad dinámica del agua en función de la temperatura Densidad Expresa la relación que existe entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa, su unidad en el sistema internacional es el kg/m 3, aunque también se expresa en g/cm 3 esta expresada por la ecuación siguiente. m ρ = (1.3) V La densidad del agua a diferentes temperaturas en un intervalo de 0ºC a 40ºC, se muestra en la tabla 1.1. Tabla 1.1 Densidad del agua en función de la temperatura para un intervalo de 0ºC a 40ºC. t ( C) ρ (kg/m 3 )

15 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo Presión La presión de un fluido es la fuerza que se ejerce sobre un área unitaria, su unidades el Pascal (Pa) o N/m². El estudio de la presión de un fluido se debe hacer tomando como referencia otra presión, la cual normalmente es la de la atmósfera, la presión resultante se conoce como presión manométrica; sí se mide en relación con el vacío perfecto, se conoce como presión absoluta; la ecuación 1.4 muestra la relación de las presiones. P = P + P (1.4) abs atm man Donde: P abs P atm P man = Presión absoluta, N/m² = Presión atmosférica, N/m² = Presión manométrica, N/m² En la figura 1.2 se da la relación entre laspresiones manométrica, absoluta, de vacío yatmosférica, La presión de vacío se refiere a presiones manométricas menores que la presión atmosférica. Figura 1.2Presiones manométrica, absoluta, de vacío y atmosférica Presión de vapor Las sustancias puras pueden pasar por las cuatro fases, desde sólido hasta plasma, según las condiciones de presión y temperatura a que estén sometidas. Se designa como líquidos a aquellas sustancias que bajo las condiciones normales de presión y temperatura en que se encuentran en la naturaleza están en dicho estado de agregación. Cuando a un líquido se le

16 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo disminuye la presión a la que está sometido hasta llegar al grado en el que comienza la ebullición, se dice que ha alcanzado la presión de vapor, esta presión depende de la temperatura. Así por ejemplo, para el agua a 100 ºC, la presión es de Pa que equivale a una atmósfera normal, como puede verse en la figura 1.3.Existen diversas ecuaciones para calcular la presión de vapor del agua. La ecuación 1.5 muestra una de ellas. P v = exp[17.7 * Td /( Td )] (1.5) Donde: Td = Temperatura de rocíoºc. P = Presión atmosférica en Pa. Figura 1.3 Variación de la presión de vapor del agua en función de la temperatura. 1.2 ECUACIONES DEL FLUJO DE FLUIDOS Existen dos ecuaciones fundamentales que son determinantes para conocer la dinámica de los fluidos. La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad;la primera representa la conservación de la energía en un fluido, y la segunda a la conservación de la masa Número de Reynolds Cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, éste fluye en líneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este régimen se le conoce como flujo laminar. Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad crítica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento aleatorio en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este régimen se le conoce como flujo turbulento(figura 1.4). El paso del régimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como régimen de transición.

17 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo Fig. 1.4Flujo laminar y turbulento en una tubería. Para el flujo laminar, el perfil de velocidades es una parábola y la velocidad promedio es un medio de la velocidad máxima. Para el flujo turbulento la curva de distribución de velocidades es más plana y el mayor cambio de velocidades ocurre en la pared de la tubería, (figura 1.5). Fig. 1.5Perfiles de velocidad laminar y turbulento. El número de Reynolds es un número adimensional que relaciona las propiedades físicas del fluido, velocidad, densidad y la geometría del ducto por el que fluye. Éste parámetro permite determinar si un flujo es laminar, turbulento o de transición. Dvρ Re = (1.6) µ Donde: Re = Número de Reynolds, [Adimensional]. D = Diámetro del ducto, m. v = Velocidad promedio del líquido, m/s.

18 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo ρ= Densidad del Líquido, kg/m 3. µ = Viscosidad del líquido, Pa s. Si el número de Reynolds es menor a 2100 el flujo es laminar, en el intervalo entre 2100 y 4000 el flujo es de transición y para valores mayores de 4000 el flujo es turbulento Ecuación de continuidad La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy útil para el análisis de fluidos que fluyen por tubos o ductos de diámetro variable. Para un flujo permanente, la masa de fluido que atraviesa cualquier sección transversal es constante por unidad de tiempo es: 1ν 1Α1 = ρ2ν 21Α2 ρ (1.7) La velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del ducto a otra. Figura 1.6Diagrama representativo de la ecuación de la continuidad. Si se considera un flujo continuo a través de un volumen fijo con una entrada y una salida (figura 1.6); la razón con la cual el fluido entra en el volumen debe ser igual a la razón con la que el fluido sale del volumen para que se cumpla el principio fundamental de conservación de la masa.el flujo másico se define por: Q m = ρav (1.8) Donde: Q m =Flujo másico, kg/s. ρ= Densidad, kg/m 3. A= Área transversal, m 2. V= Velocidad, m/s.

19 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo La densidad puede variar con el tiempo dependiendo de las condiciones de temperatura y presión, para un fluido incompresible ρ 1 = ρ2 la ecuación de continuidad se puede expresar de la siguiente forma. Q v = A v = A v = A v cons tan te (1.9) = La relación entre el flujo másico y el flujo volumétrico es la densidad de acuerdo a las ecuaciones 1.8 y 1.7. Q = ρ (1.10) m Q v Ecuación de Bernoulli Esta ecuación se aplica a la dinámica de los fluidos por el principio de la conservación de la energía para los líquidos con sólidos suspendidos. Para llegar a la ecuación de Bernoulli, el fluido se mueve en un régimen estacionario, la velocidad del flujo en un punto no varía con el tiempo, se desprecia la viscosidad del fluido, que es una fuerza de rozamiento interna, y se considera que el líquido está bajo la acción del campo gravitatorio.esta ecuación presenta limitaciones a pesar de que existen aplicaciones en casi todos los aspectos del flujo de fluidos como: No puede haber transferencias de calor. Es válida solamente para fluidos incompresibles. No puede haber pérdidas de energía debidas a la fricción. Los parámetros que se destacan son cuatro: presión P, a la que está sometido el fluido, densidad del fluido ρ, velocidad del fluido ν y altura h sobre un nivel de referencia. Estos parámetros influyen en la energía contenida en el fluido en general. Para un flujo estable, viscoso e incompresible se tiene la siguiente ecuación. 1 pw mv 2 + mgz + = cons tan te (1.11) 2 γ Dividido entre el peso. 2 v p + z + = cons tan te (1.12) 2g γ Multiplicado por g. 1 p v 2 + gz + = conns tan te (1.13) 2 ρ La ecuación de Bernoulli se puede expresar de una manera mássencilla como. Ingeniería en Control y Automatización 8

20 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo P + ρ gz + 1 ρν 2 = cons tan te (1.14) 2 Donde: P: es la energía de presión,pa. ρgz: es la energía potencial del fluido tomando un nivel de referencia, Pa. 1/2 ρ v 2 : es la energía cinética del fluido, Pa. 1.3 FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERÍAS El flujo de un fluido se define como la corriente o el movimiento de un fluido que pasa através de un conducto. El controlar el flujo de un fluido ayuda a que los límites de presión de la tubería se encuentren dentro de los parámetros correctos y se prolonge la vida útil de la tubería. Cuando las trayectorias de las particulas que están fluyendo continuamente cambian un poco una de otra, o no son paralelas al eje de la tubería el flujo es turbulento, por lo tanto si las trayectorias de las partículas del fluido en un conducto son paralelas al eje del mismo y las velocidades son bajas y cambian poco en sus valores, se dice que es un flujo laminar. La región de flujo cerca del sitio en el que el fluido entra al tubo se denomina región de entrada. Como se muestra en la figura 1.7, el fluido por lo general entra a la tubería con un perfil de velocidad casi uniforme en la sección 1, a medida que el fluido se desplaza por la tuberia, los efectos viscosos hacen que se adhiera a la pared de la tubería debido a la condición de no deslizamiento. Lo anterior se cumple sin importar que el fluido sea aire relativamente no viscoso o aceite muy viscoso. A lo largo de la pared de la tubería se produce una capa límite en donde los efectos viscosos son importantes, de modo que el perfil de velocidad inicial cambia con la distancia a lo largo de la tubería hasta que el fluido llega al final de la longitud de entrada (sección 2) mas allá de la cual el perfil de velocidad no varía en la dirección axial. Cuando el espesor de la capa límite ha aumentado hasta llenar por completo la tubería, los efectos viscosos son considerablemente importantes dentro de la capa límite. Para el fluido fuera de la capa límite (dentro del núcleo no viscoso que rodea la línea central de 1 a 2), los efectos viscosos son insignificantes. La forma del perfil de velocidad en la tubería y la región de entrada I e, dependen de si el flujo es laminar o turbulento. Así como con muchas otras propiedades del flujo en tuberías, la longitud de entrada adimensional, I e /D, se correlaciona con el número de Reynolds. Las longitudes de entrada características están dadas por: Ingeniería en Control y Automatización 9

21 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo i e = 0.06Re Para flujo laminar (1.15) D i e 1/ 6 Para flujo turbulento (1.16) = 4.4(Re) D Para flujos con muy bajo número de Reynolds la longitud de entrada puede ser bastante corta (I e =0.6D si Re=10), en tanto que para flujo con un gran número de Reynolds puede asumir una longitud de muchos diámetros de tubería antes de llegar al final de la región de entrada (I e =120D si Re=2000). El cálculo del perfil de velocidad y de la distribución de presión dentro de la región de entrada es bastante complejo;sin embargo, una vez que el fluido llega al final de la región de entrada (sección 2 de la figura 1.7) es fácil describir el flujo, porque la velocidad es función solo de la distancia a la línea central. Lo anterior es cierto hasta que la tubería cambia de alguna manera, como unavariacón en el diámetro, o el fluido circula a través de un codo, válvula o algún otro componente en la sección 3. El flujo entre (2) y (3) se denomina totalmente desarrollado. Más allá de la interrupción del flujo totalmente desarrollado (en la sección 4), el flujo comienza gradualmente a regresar a su carácter totalmente desarrollado (sección 5), y continúa con este perfil hasta llegar al siguiente componente del sistema de tubos (sección 6). Figura 1.7Región de entrada, flujo en desarrollo y flujo desarrollado en una tubería. 1.4 CALIBRACIÓN DE FLUJO Para calibrar los medidores de flujo se requieren instrumentos para medir masa, tiempo, longitud y temperatura muy exactos y con incertidumbre conocida. Las incertidumbres implicadas en medidores de flujo de fluidos

22 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo resultan del tipo de instalaciones y procedimientos utilizados en la calibración. Estas incertidumbres se deben a la falta de habilidad para: Establecer y mantener un flujo estable. Procedimiento de medición de flujo. Separar la imprecisión debida a la estabilidad de flujo de la imprecisión del patrón de calibración de flujo. Determinar y establecer de forma pertinente las propiedades de los fluidos. Suprimir completamente perturbaciones sistemáticas de flujo. La calibración de los medidores de flujo consiste en la comparación de las señales de salida de un instrumento en particular contra un patrón de incertidumbre conocida, ésta requiere una medición de flujo con máxima exactitud, usualmente con sistemas que conectan el flujo total de fluido durante un intervalo de tiempo medido. Este flujo es convencionalmente medido volumétricamente o gravimétricamente, la medición o cálculo de la densidad es frecuentemente requerida en ambos casos Calibración de medidoresde flujo volumétrico Puesto que un líquido puede ser contenido dentro de un recipiente abierto uno de los métodos más convenientes para la calibración de los medidores de flujo de líquidos es el empleo de patrones volumétricos calibrados, este método es utilizado en muchos laboratorios del mundo, en la figura 1.8 se muestra un sistema de calibración volumétrico. Los instrumentos y el equipo que se requieren para la calibración son: Figura 1.8Sistema volumétrico para calibrar medidores de flujo volumétricos Medida volumétrica cuya capacidad debe ser igual o mayor al volumen colectado al flujo máximo del medidor en un minuto.

23 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo Sensores de temperatura instalados en la medida volumétrica y en la línea, lo más cercano al medidor de flujo con resolución de 0.1 C o mejor. Incertidumbre en la medición de temperatura ± 0.2 C o mejor. Sensor de presión con una incertidumbre en la medición de ±0.5 MPao mejor. Cronometro con resolución de 0.01 s. Para realizar la calibración de forma correcta y confiable se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: El medidor de flujo debe ser calibrado con el líquido o líquidos a emplear. El medidor de flujo debe ser instalado de acuerdo a las instrucciones del fabricante. No debe existir vibración o pulsaciones que puedan afectar el comportamiento del medidor de flujo. El número de valores de flujo seleccionados debe estar entre 2 y 5 flujos dentro del alcance del medidor Calibración de medidores de flujo másico Dependiendo del fluido, diferentes procedimientos y equipos son usados para medir la masa del flujo y de esta forma realizar la calibración de medidores de flujo. El procedimiento más usado es por pesado directo del líquido recolectado y la medición del tiempo de recolección. El sistema estático de pesado (figura 1.9), es un método de calibración de flujo másico en el cual, el líquido es directamente pesado cuando está en reposo, antes y después de que el flujo sea almacenado. El flujo al tanque de pesado es controlado por medio de una válvula desviadora de flujo que acciona un interruptor de tiempo que mide el tiempo de recolección en el tanque pesado. Este intervalo de tiempo, en conjunto con la masa de fluido colectada especificada por pesado determina el flujo másico. Es recomendable que la válvula desviadora de flujo, en su movimiento a través del chorro lo corte tan rápidamente como sea posible para ayudar a disminuir la posibilidad de un error significativo en la desviación de flujo. Ingeniería en Control y Automatización 12

24 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo Figura 1.9Sistema estático de pesado para la calibración de flujo másico. 1.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIDORES DE FLUJO Amplitud (span). Es la diferencia algebraica entre los valores máximo y mínimo del intervalo de medición o señal de control de un instrumento. Amplitud de control. Todos los instrumentos transmisores y controladores, reciben y/o envían sus señales dentro de ciertos límites (4mA - 20 ma de cd, 10mA a 50 ma cd, 1Vcd 5Vcd para señales eléctricas, 3 psig -15 psig, 3 psig -27 psig, 6 psig -30 psig, para señales neumáticas). Banda muerta (zona muerta). Es el intervalo de valores a través del cual puede cambiar la variable sin que se produzcan cambios en la señal de salida, es decir, no se obtiene respuesta. Esto está dado en porciento de la amplitud. Condiciones ambientales. Son las condiciones externas especificadas (choque, vibración, temperatura, etc.) a las cuales puede estar expuesto un instrumento durante el transporte, maniobra y operación. Confiabilidad. La probabilidad de que un instrumento realice su objetivo en forma adecuada dentro de límites específicos de error a lo largo de un tiempo determinado y bajo condiciones específicas. Error. Es la diferencia algebraica entre el valor indicado o transmitido por un instrumento y el valor real de la variable medida. Histéresis. La histéresis es el resultado de la calidad inelástica de un elemento o dispositivo. Es la diferencia máxima que se obtiene en los valores mostrados por el índice o la pluma de un instrumento para un mismo valor cualquiera del intervalo de medición cuando la variable recorre toda la escala en direcciones ascendente y descendente. La diferencia se puede expresar en porciento de la amplitud de medición ideal.

25 Capítulo I Fundamentos de medición de flujo Medición. Es la determinación de la existencia o magnitud de una variable. Los instrumentos de medición, incluyen a todos los dispositivos utilizados directa o indirectamente para este propósito. Perturbación. Un cambio indeseable que se presenta en un proceso el cual afecta al valor de una variable controlada en forma desfavorable. Precisión. Es la tolerancia de medición o de transmisión de un elemento y define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento se utiliza en condiciones normales de operación. Intervalo de medición. Son los valores entre un mínimo y máximo de la variable que es capaz de detectar un instrumento. Intervalo de operación. Son los valores entre un mínimo y máximo en que se espera que cambie la variable de proceso. Sensibilidad. Un instrumento es sensible, cuando es capaz de detectar rápidamente los cambios que sufre una variable por pequeños que estos sean, en consecuencia, la sensibilidad se puede definir como el tiempo que tarda un instrumento para detectar un cambio de la variable medida o controlada. Temperatura de operación. Gama de temperaturas en la cual se espera que trabaje un instrumento dentro de límites de error especificados por el fabricante. Tiempo muerto. Es el intervalo de tiempo transcurrido entre el principio del cambio de una variable (o una señal de entrada) y el inicio de la respuesta a ese cambio por un instrumento. Ingeniería en Control y Automatización 14

26 CAPÍTULO II MEDIDORES DE FLUJO En este capítulo se mencionan los medidores de flujo más utilizados a nivel industrial, así como de su principio de funcionamiento, la ecuación por la cual están regidos, ventajas y desventajas y los requisitos de instalación. Los medidores que se presentan son de placa de orificio, tubo annubar, medidor tipo turbina, medidor ultrasónico, medidor magnético y medidor de Coriolis. Ingeniería en Control y Automatización 15

27 Capítulo II Medidores de Flujo 2.1 CLASIFICACIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medición de caudales de líquidos y gases, para lo cual existen dos tipos de medidores de flujo, los volumétricos y los másicos. Los volumétricos que determinan el caudal en volumen del fluido por unidad de tiempo y los de masa que determinan el caudal de masa por unidad de tiempo. Se reservan los medidores volumétricos para la medida general de caudal y se determinan los medidores de caudal másico a aquellas aplicaciones en que la exactitud de la medida es importante, por ejemplo en las determinaciones finales del caudal del producto para su fabricación. La medición de flujo es un proceso complejo debido a que otras magnitudes como la presión y la temperatura tienen una influencia determinante en el comportamiento de los fluidos. Los medidores de flujo se emplean en operaciones tan diversas, como el control de procesos, control en componentes de mezcla. La transferencia de fluidos como el petróleo y sus derivados entre otras. Los elementos primarios de flujo que se usan en la industria se clasifican según su principio de funcionamiento, como se muestra en la figura 2.1. Placa de orificio Presión diferencial Tuboannubar INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE FLUJO Flujo Velocida Tensión Inducida Turbina Ultrasónico Medidor magnético Flujo Másico Coriolis 2.2PLACA DE ORIFICIO Figura 2.1 Clasificación de los medidores de flujo. Los elementos de presión diferencial se basan en la diferencia de presiones provocada por estrechamiento en la tubería por donde circula el fluido (líquido, gas o vapor). La presión diferencial provocada por el estrechamiento es Ingeniería en Control y Automatización 16

28 Capítulo II Medidores de Flujo captada por dos tomas de presión situada inmediatamente corriente arriba y corriente abajo del mismo, como se muestra en la figura 2.2. Figura 2.2 Presión diferencial creada por la placa de orificio Principio de funcionamiento La forma más fácil para medir flujo es la placa de orificio, ésta es una placa circular con un orificio que se instala en la tubería en donde se requiere medir el flujo. Es importante que el borde del orificio tenga un acabado afilado. Las pruebas que se han hecho muestran que un pequeño redondeo en el borde del orificio introduce un error del 2% al 10%. La presión diferencial creada por la placa se mide, y se determina el flujo con las siguientes ecuaciones. Q Q V m 2 π d 2( P1 P2)10 = C εe 5 d (2.1) ρ π d εe = C d 2( P1 P2 )10 ρ (2.2) 6 Donde: Q V = Caudal volumétrico, m 3 /s. Q m = Caudal másico, kg/s. C d = Coeficiente de descarga, [adimensional]. E = Coeficiente de velocidad de acercamiento, [adimensional]. d = Diámetro del orificio, mm.

29 Capítulo II Medidores de Flujo P = Presión estática absoluta antes de la placa, bar. 1 P = Presión estática absoluta después de la placa, bar. 2 ρ = Densidad del fluido, kg/m 3. ε = Coeficiente de dilatación térmica de un fluido [adimensional]. La corrosión provoca una reducción en la exactitud de la medición con el paso del tiempo. Cuando el flujo pasa a través del extremo afilado del orificio, el flujo no llena completamente la abertura del orificio. Este disminuye después de pasar a través del orificio hasta que el chorro alcanza un área mínima conocida como vena contracta, el área de este chorro es aproximadamente 0.61 veces el área del orificio. Las placas de orificio son fabricadas de modo que el orificio sea concéntrico a la tubería, aunque existen placas excéntricas y segmentadas como se muestra en la (figura 2.3). Figura 2.3 Tipos de placas de orificio. La placa de orificio es la mas usada, se emplea para relaciones de diámetros β de hasta 0.75, el límite máximo de uso es de 6860 kpa y 420 ºC, se fabrican en su mayor parte de acero inoxidable. Algunas de sus principales ventajas y desventajas son. Ventajas Es económica. Fácil instalación y cambio. Se pueden usar una amplia gama de tamaños de tuberías en proceso. Uso probado por varios años de experiencia. Se construyen en su mayoría de acero inoxidable. No requiere calibración.

30 Capítulo II Medidores de Flujo Permiten distancias grandes en las conexiones de tomas de presión. Desventajas Pérdida permanente de presión relativamente alta. Es inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión. No conviene su uso en la medición de vapores que arrastran condensados (en tales casos es necesario perforar un pequeño orificio de drenado en la parte inferior de la placa). El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático, pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dadas, lo que significa que si hay cambios en la temperatura, la medición resulta incorrecta. Sus características pueden cambiar debido a la corrosión, erosión, etc. La precisión en la medición depende del cuidado que se tenga durante la instalación Requisitos de instalación Para emplear la placa de orificio, el diámetro mínimo de la tubería debe de ser de 2 plg, y el máximo de 50 plg, lo anterior no representa problema, ya que los diametros mas comunes son de 6 plg, 8 plg, 10 plg y 12 plg.con la finalidad de evitar errores que resultan de la perturbación de la trayectoria del flujo debido a válvulas, conexiones, etc., se recomienda un tramo de tubería recta sin obstáculos antes y después del elemento primario de flujo. La longitud requerida depende de la relación β y de la intensidad de la perturbación del flujo. La distancia mínima recomendada para una válvula de estrangulamiento y una relación β de 0.75 es de 45 diámetros de tubo desde la placa de orificio corriente arriba. Para un solo codo la distancia mínima sería solamente de 17 diámetros de tubo. Si no hay válvulas, termopozos u otros dispositivos insertados en la tubería próximos a la placa de orificio bastará una longitud recta equivalente a 5 diámetros después de la placa y de 25 diámetros antes. Procedimiento para la determinación de la tubería recta necesaria: Encontrar el dibujo que represente físicamente la instalación. Observar que las longitudes están representadas por letras. Localizar la relación del orificio estimada (relación de diámetros β) En las figuras 2.4, 2.5, 2.6 y 2.7 se muestran los diferentes tipos de instalaciones para placas de orificio toberas y tubos venturi cuando todos los accesorios se encuentran en el mismo plano, en diversos planos, con reducciones y expansiones en la misma instalacion, con admision admosférica y con válvulas reguladoras. Los límites de uso para las placas de orificio se muestran a continuación. Ingeniería en Control y Automatización 19

31 Capítulo II Medidores de Flujo Figura 2.4 Instalación de placas de orificio y tobera con accesorios en el mismo plano [1]. Para placa de orificio con tomas de presión en la brida. d 12.5mm 50mm D mm 0.1 β 0.75 Re D 4000 y Re D 170β 2 D Para placas de orificio con tomas en la vena contracta (1D y ½ D) y tomas esquinadas. d 12.5mm 50mm D mm 0.1 β 0.75 Re D 4,000 para 0.1 β 0.5 Re D β 2 para β 0.5

32 Capítulo II Medidores de Flujo Figura 2.5Instalación de placas de orificio y tobera en diferentes planos [1]. Figura 2.6Tramos mínimos de tubería para la instalación de placas de orificio y tobera con expansiones, contracciones y entradas a presión atmosférica [1].

33 Capítulo II Medidores de Flujo Figura 2.7 Tramos mínimos de tubería para la instalación de placas de orificio, tobera y tubo Venturi en presencia de válvulas y reguladores [1] Aplicaciones Permite la adquisición de manera rápida y su fácil instalación, la medición con la placa satisface requerimientos de medición para fluidos limpios, gas o vapor y líquidos con sólidos suspendidos, puesto que su adquisición es de manera más económica. 2.3 TUBO ANNUBAR Principio de funcionamiento El tubo annubar es una innovación del tubo de Pitot y consta de dos tubos, el de presión total y el de presión estática. El tubo que mide la presión total está situado a lo largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios de posición crítica determinada por computadora, que cubren cada uno la presión total en un anillo de área transversal constante de la tubería. El tubo que mide la presión estática se encuentra detrás del de presión total con el orificio en el centro de la tubería y corriente abajo de la misma. El tubo annubares de mayor precisión que el tubo de Pitot, del orden del 1%, tiene una pérdida de carga baja y se emplea para la medida de caudales de líquidos y gases. De la ecuación de Bernoulli se obtiene la siguiente relación.

34 Capítulo II Medidores de Flujo ν ν P 1 = P2 + ρaire ; P1 P2 = ρaire 2 2 (2.3) De la ecuación se obtiene el valor de la velocidad. ρm ν = 2g h (2.4) ρ Donde: gas ν = velocidad en m/s. ρ = densidad del fluido del manómetro, kg/m 3. m ρ = densidad del gas, kg/m 3. aire El tubo annubar se compone de cuatro partes esenciales: La sonda de alta presión con cuatro orificios encarados al flujo. Relativos a las medidas de circulación del fluido, cada orificio capta una presión generada por la velocidad del flujo en cada uno de los cuatro segmentos de la misma área. La sonda de presiónalta transmite la media de las presiones detectadas por los cuatro orificios a la cámara de presión alta del transmisor electrónico de presión deferencial. Esta media es la suma de presiones debidas a la velocidad y a la presión estática. El orificio posterior capta la presiónbaja. La diferencia entre la presiónalta del tubo de interpelación y la baja presión del orificio es proporcional, según la teoría de Bernoulli, al cuadrado del caudal. En ciertos tipos de Annubar el orificio posterior está situado en la sonda de alta presión, mientras que en otros esta presión se capta mediante un tubo situado detrás de la sonda. La cabeza de conexión transmite la presión diferencial al transmisor electrónico. El tuboannubar substituye con ventaja al Pitot, por su fácil instalación y la posibilidad de montarlo en tuberías existentes sin modificaciones complejas. Ventajas Pérdidas de presión del 2% al 3% de la diferencial de presión. Fácil instalación. Se puede usar para tuberías desde 1plg hasta 150plg. Pocos diámetros de tubería corriente abajo y corriente arriba del medidor. Materiales de construcción son acero inoxidable 304 y serie 400. Ingeniería en Control y Automatización 23

35 Capítulo II Medidores de Flujo Exactitud de ±0.5% a ±2% del flujo real en tamaños desde 2 plg hasta 24 plg para la mayoría de líquidos y gases. Desventajas En algunos casos representa muy baja diferencia de presión, 0.01 plg de agua. No es recomendable para fluidos sucios Requisitos de instalación Los requisitos de tramo recto de tubería para la instalación se pueden observar en las figuras 2.8 y 2.9 que se muestran a continuación. Figura 2.8 Requisitos de tubería recta para instalar tubos Annubar [2].

36 Capítulo II Medidores de Flujo Figura 2.9 Requisitos de tramo recto de tubería con válvulas, reducciones y expansiones, tubo Annubar [2]. En el plano A significa que la barra se encuentra en el mismo plano que el tubo acotado fuera del plano A significa que la barra se encuentra perpendicular al plano del tubo acotado. Para reducir la longitud de los tramos rectos requerida se deben usar rectificadores de flujo.

37 Capítulo II Medidores de Flujo Aplicaciones Este tipo de medidores de flujo generalmente se utilizan en aplicaciones de alto rendimiento, elimina la necesidad de acoplamientos, tuberías, válvulas, adaptadores y soportes de montaje, reduciendo de esta manera el tiempo de instalación.la precisión y repetividad de cada punto de medición de caudal se ven mejorados por el diseño de ranura frontal, el incremento de la intensidad de la señal y la reducción del ruido permite un riguroso control de procesos. Este tipo de medidores son aplicables para líquidos, gases y vapores 2.4 MEDIDOR DE TURBINA Principio de funcionamiento El medidor de flujo tipo turbina consiste de un rotor con varios álabes, suspendido sobre chumaceras en la corriente de un fluido, el número de álabes del rotor está en función del intervalo de medición del medidor y de su resolución. El eje de rotación del rotor es paralelo a la dirección del flujo, y las aspas del rotor ocupan casi todo el diámetro de la tubería. El fluido, al chocar con las aspas, produce el movimiento del rotor. La velocidad angular de rotación es directamente proporcional al flujo volumétrico. La velocidad de rotación se monitorea por una bobina detectora electromagnética, la cual se encuentra colocada en el exterior del alojamiento del medidor. Existen dos tipos de bobinas detectoras, que son de reluctancia e inductiva. La velocidad viene determinada por el paso de las palas individuales de la turbina a través del campo magnético creado por un imán permanente montado en una bobina exterior. El paso de cada pala varia la reluctancia del circuito magnético. Esta variación cambia el flujo induciendo en la bobina una corriente alterna que es proporcional al giro de la turbina. En el tipo de inducción el rotor lleva incorporado un imán permanente y el campo magnético giratorio que se origina induce una corriente alterna en la bobina exterior. Los medidores para gas y para líquidos funcionan bajo el mismo principio. La figura 2.10 muestra la sección transversal de un medidor de turbina típico para líquidos. Consta de una longitud de tubería en el centro de la cual hay un rotor de paletas múltiple, montado sobre cojinetes, para que pueda girar con facilidad, y soportando por un dispositivo de tipo cruceta que habitualmente incorpora un rectificador de flujo. La energía cinética del fluido circulando hace girar el rotor con una velocidad angular que en el margen lineal del medidor, es proporcional a la velocidad media axial del fluido y por lo tanto al caudal volumétrico. El cual está dado por: Q=k*n (2.5) Ingeniería en Control y Automatización 26

38 Capítulo II Medidores de Flujo Donde n es el número de pulsos por unidad de tiempo y k es una constante del medidor (dependiente del diseño y tamaño del medidor, del diámetro de la tubería y del número de paletas). Figura 2.10 Sección transversal de un medidor tipo turbina para líquidos. Los medidores de turbina para gas o líquido difieren fundamentalmente en el diseño del rotor. Una salida mediante impulsos eléctricos se produce cuando se detecta el paso de cada paleta alrededor de uno o más sensores situados en el campo del medidor. El punto más débil de un medidor de turbina para líquidos son los cojinetes, ya que tienen que soportar el peso del rotor. Las ventajas de este medidor son su incertidumbe baja, se usan para fluidos con viscosidad de baja a media, son adecuados para presiones ilimitadas y temperaturas extremas altas y bajas, son fáciles de instalar, tienen poco peso y tamaño en relación al diámetro de la tubería. La exactitud es muy elevada, del orden de ± 0.3%. La menor incertidumbre se consigue con un flujo totalmente desarrollado, instalando el instrumento en una tubería recta de longitudes mínimas 10 diámetros corriente arriba y 5 diámetros corriente abajo. Las desventajas principales son la incompatibilidad con líquidos altamente viscosos, posibles daños en caso de que se presente cavitación y la necesidad de equipo adicional, es relativamente caro, debido a sus excelentes características de desempeño Requisitos de instalación Para su instalación mecánica es recomendable que la aplicación de flujo sea aproximadamente de 70% a 80% del flujo máximo del medidor. Otro aspecto que debe ser considerado es la presión disponible en la línea. Los medidores de turbina tienen una pérdida e 20.7 kpa a 34.5 kpa a flujo máximo. La pérdida

39 Capítulo II Medidores de Flujo de presión se reduce sobre una ley cuadrática con la reducción del régimen de flujo. En consecuencia si el medidor está operando al 50% de su capacidad, la pérdida de presión es de 25% de la que tendría con el flujo máximo. El medidor debe ser instalado de tal modo que siempre esté lleno de líquido aunque el flujo sea nulo, debido a que en la puesta en marcha el choque del fluido podría dañarlo. Es necesario el empleo de un filtro a la entrada del instrumento, incluso para mediciones de flujo de agua, ya que la particula mas pequeña podria desgastar los álabes de la turbina y afectar la exactitud de la medida. La frecuencia generada por el medidor de turbina se transmite a un convertidor indicador o totalizador. Para evitar longitudes excesivas de tubería recta, generalmente se instala un enderezador de flujo en donde se requiere buena exactitud, la instalación recomendada se muestra en la figura 2.11, otras formas de instalar este medidor es con acoplamientos en línea como se muestra en la figura 2.12, instalación con tubería no recta en la figura 2.13 y recomendación de instalación de un cuerpo de gas, ver figura Figura 2.11Instalación recomendada de medidores tipo turbina [3]. Figura 2.12Acoplamientos mínimos en líneas de gas, [3].

40 Capítulo II Medidores de Flujo Figura 2.13Instalación con tubería no recta, [3]. Figura 2.14 Recomendación de la instalación de un medidor de gas, [3] Aplicaciones El medidor de turbina ha sido diseñado para la medición de fluidos limpios, por lo tanto es necesario instalar filtros corriente arriba del medidor, de tal forma que todas las posibles basuras o suciedades quedando atrapadas en él.debido a sus excelentes características de desempeño, el medidor de turbina es ampliamente usado para mediciones que requieren alta exactitud como son la transferencia de custodia del crudo en PEMEX y otros líquidos de mucho valor. Los medidores de turbina son utilizados en casi toda la industria petroquímica para muchas otras aplicaciones tales como servicios sanitarios (elaboración de alimentos) mediciones para el control de procesos, detección de fugas en tubería y drenados. La mayoría de aplicaciones especiales incluyen la medición

41 Capítulo II Medidores de Flujo de líquidos criogénicos (oxígeno y nitrógeno líquidos), inyección de agua a los pozos de aceite donde se manejan altas presiones. 2.5 MEDIDOR ULTRASÓNICO Principio de funcionamiento El medidor de flujo ultrasónico mide la velocidad del sonido dentro del fluido e inferencialmente calcula su velocidad, la medida se realiza disponiendo el conjunto emisor-receptor y ultrasonidos inmersos dentro del líquido o exterior a la tubería. Las variaciones de la velocidad del sonido son originadas por cambios en la densidad que varía el acoplamiento acústico entre los transductores y el fluido, pero además pueden ser factores perturbadores, los cambios en la temperatura, la cual debe ser compensada, variaciones en la viscosidad y en la compresibilidad, por lo que la medida queda restringida a un grupo de líquidos de características similares. Los medidores ultrasónicos de tipo Doppler utilizan el concepto de que si se deja pasar el ultrasonido en un fluido en movimiento con partículas, el sonido será reflejado de nuevo desde las partículas. Las variaciones de frecuencia del sonido reflejado será proporcional a la velocidad de las partículas. En la figura 2.15 se muestra un cabezal individual transmitiendo con una frecuencia en un ángulo. El sonido tiene que realizar un recorrido a través del encapsulado, el adhesivo, la pared de la tubería y el flujo. En cada límite de separación el sonido es refractado. El instrumento consiste esencialmente en un emisor y receptor adosados en el exterior de la pared de la tubería. La energía ultrasónica consiste en un tren de pequeñas ondas senoidales a una frecuencia entre 0.5MHz y 20 MHz. Este intervalo de frecuencias es descrito como ultrasónico porque está fuera de la audición humana. La velocidad del flujo v está dada por: c( ft fr) v = (2.6) 2 ft cosθ Donde f t y f r son las frecuencias de las ondas de transmisión y recepción, respectivamente, c es la velocidad del sonido en el fluido medido, y θ es el ángulo de las ondas de emisión y recepción que forman con el eje del flujo en la tubería. El flujo volumetrico es calculado multiplicando dicha velocidad del flujo por la sección de la tubería. Ingeniería en Control y Automatización 30

42 Capítulo II Medidores de Flujo Figura 2.15Cabezal individual transmisor/receptor, medidor ultrasónico. Al igual que en el caso de los medidores magnéticos, los medidores de caudal ultrasónicos no presentan obstrucciones al flujo, no dan lugar a pérdidas de carga. Son adecuadas para su instalación donde es esencial que la pérdida de carga sea pequeña. Los transductores son incorporados en el cuerpo del medidor sin necesidad de juntas de contacto con el fluido. No se necesita tubería en derivación ni válvulas de aislamiento, ya que todos los elementos activos pueden reemplazarse sin contacto alguno con el líquido. Para tuberías de diámetro superiores a 400 mm ofrecen una solución competitiva. Respecto a la precisión, tienen hasta un ± 0.5%. Algunas de las ventajas de este medidor es que no ocasiona pérdida de carga, no cuenta con partes móviles, no influye el diámetro de la tubería, adecuada para la medición de materiales tóxicos o peligrosos, salida lineal con el caudal, su intervalo de medición es amplio, en tuberías de gran diámetro es económico, y en ciertos casos, único. Su instalación es simple. A comparación de sus diversas ventajas las desventajas son muy pocas como su precisión no es muy alta y su costo es relativamente alto para tuberías de bajo diámetro Requisitos de instalación Así como en la mayoría de los medidores de flujo, la tubería siempre debe estar llena para asegurar la operación adecuada y la indicación correcta del flujo volumétrico. Normalmente los fabricantes especifican la distancia mínima de válvulas, tees, codos, bombas y otras obstrucciones que aseguren el buen desempeño de este medidor. Típicamente se requiere de 10 a 20 diámetros de tubo corriente arriba y 5 diámetros corriente abajo del medidor. En las figuras 2.16 y 2.17 se representa la longitud del tubo mínimo recomendado para la instalación del medidor ultrasónico.

43 Capítulo II Medidores de Flujo Figura 2.16Instalación en tramo recto de tubería de un medidor ultrasónico [4] Aplicaciones Figura 2.17Medición de flujo acondicionado, medidor ultrasónico [4]. El líquido debe estar relativamente libre de sólidos y burbujas de aire. Las burbujas de aire en la corriente causan mayor atenuación de las señales acústicas que los sólidos. Este medidor de flujo puede tolerar un cierto porcentaje de sólidos, y una fracción de un porcentaje de burbujas. Dependiendo del fluido del proceso, debe seleccionarse el material adecuado del transductor y la protección para prevenir daños debido a la acción química. También hay limitación en la temperatura del proceso para una aplicación adecuada de estos medidores de flujo. 2.6 MEDIDOR MAGNÉTICO Principio de funcionamiento Utiliza el mismo principio que el electromagnetismo, cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético se genera una fuerza electromotriz en el conductor, siendo su magnitud directamente proporcional a la velocidad media del conductor en movimiento. Si el conductor es una sección de un

44 Capítulo II Medidores de Flujo líquido conductor circulando por un tubo aislado eléctricamente, a través de un campo magnético y se montan los electrodos diametralmente opuestos en la pared de la tubería, como se muestra en la figura La fuerza electromotriz generada a través de los electrodos es directamente proporcional a la velocidad media del fluido. Figura 2.18 Elementos de un medidor de flujo electromagnético. El instrumento, mostrado en la figura 2.18, consiste de un tubo cilindrico de acero inoxidable, con una capa aislante, que transporta el fluido a medir. Los electrodos deben estár al mismo nivel que la superficie interior del cilindro. Como los electrodos tienen que hacer un contacto con el fluido, el material de estos tiene que ser compatible con las propiedades químicas del fluido que circula. Entre los materiales más utilizados se pueden citar, acero inoxidable no Magnetico, Platino/Iridio, Monel, Hasteloy, Tintanio y Circonio para líquidos particuarmente agresivos. En el medidor magnético de flujo el conductor es el líquido y E s es la tensión generada, esta es captada por dos electrodos que rozan con la superficie interior del tubo y diametralmente opuestos. E K BDv s = m (2.7) Donde K m es una constante y para la mayoría de los líquidos la conductividad es igual a 1. De la ecuación 2.7 la tensión generada depende, no solo de la velocidad del fluido, sino también de la densidad del flujo B, la cual a su vez está influida por la tensión de la línea y por la temperatura del fluido. Para obtener una señal que dependa únicamente de la velocidad, la señal de tensión del medidor se compara en el receptor con otra tensión denominada tensión de referencia E r. Como las dos señales derivan a la vez del campo magnético, la tensión de la línea y las variaciones de temperatura y de conductividad no influyen en la incertidumbre de la medida. El medidor de flujo

45 Capítulo II Medidores de Flujo magnético produce una señal de tensión eléctrica del orden de µv a algunos mv para toda la escala que pueden ser manejados por un microprocesador para control por computadora. En general, la fuente de impedancia de estos medidores es del orden de kω para la mayoría de los líquidos comerciales que pueden ser medidos. Ventajas No presentan obstrucciones al flujo, por lo que son adecuadas para la medida de todo tipo de suspensiones. No dan lugar a pérdidas de carga, por lo que son adecuados para su instalación en grandes tuberías de suministro de agua, donde es esencial que la pérdida de carga sea pequeña. Se fabrican en una gama de tamaños superior a la de cualquier otro tipo de medidor. No son prácticamente afectados por variaciones en la densidad, viscosidad, presión, temperatura y dentro de ciertos límites, conductividad eléctrica. No son afectados por perturbaciones del flujo corriente arriba del medidor. La señal de salida es líneal. Puede utilizarse para la medida del caudal en cualquiera de las dos direcciones. desventajas El líquido cuyo caudal se mide debe tener una conductividad eléctrica. La energía disipada por las bobinas da lugar al calentamiento local del tubo del medidor. Al igual que otras formas de medida, este instrumento requiere un tramo recto inmediatamente antes del punto donde se realiza la medida para cierta exactitud, una longitud de cinco diámetros puede ser suficiente Requisitos de instalación Para asegurar la precisión de las especificaciones en la amplia variación de las condiciones de un proceso se debe instalar el tubo sensor de caudal a una distancia mínima equivalente a cinco diámetros de tubería recta corriente arriba y dos diámetros de tubería corriente abajo con respecto al plano del electrodo figura Ingeniería en Control y Automatización 34

46 Capítulo II Medidores de Flujo Figura Distancia para instalar un medidor de flujo de tipo electromagnético [5]. Se puede realizar instalaciones con tramos rectos de tubería reducidos desde 0.5 D hasta 5 D de tuberías. En instalaciones en tramos rectos de tuberías reducidos, el rendimiento se desviará en 0.5% del caudal. Al instalar el medidor de flujo electromagnético en una sección horizontal del tubo, se debe impedir el paso de burbujas de aire sobre el sensor. En la figura 2.20 se muestran los tramos rectos de entrada y salida, el contador debe estar instalado corriente arriba y disponer de suficiente tramo recto de tubería detrás de cualquier elemento perturbador de perfil de velocidad como son: codo, reducción, válvula. Si es posible el sensor se debe instalar lejos de elementos tales como válvulas, T, codos, etc Tramo recto de entrada 5D Tramo recto de salida 2D Figura 2.20 Longitudes recomendadas para los tramos rectos, para un medidor electromagnético [5] Aplicaciones La mayoría de los líquidos o lechadas (slurries) son conductores pueden ser medidos con medidores electromagnéticos, si la conductividad del líquido es igual a 2 µs/cm o mayor, en la mayoría de los sistemas convencionales de medición magnética el flujo puede ser usados. Sistemas especiales pueden ser

47 Capítulo II Medidores de Flujo utilizados para la medición del flujo de líquidos con mínimas conductividades tan bajas como microsiemens/cm. 2.7 MEDIDOR TIPO CORIOLIS Principio de funcionamiento El medidor de flujo másico tipo coriolis se basa en el principio de Coriolis donde un objeto de masa m que se desplaza con una velocidad lineal v a través de una superficie giratoria de velocidad angular constante ω experimenta una velocidad tangencial v= ωr. En este medidor de flujo la generación de la fuerza de Coriolis se produce por inversión de las velocidades lineales del fluido mediante una desviación del flujo en forma de omega en estado de vibración controlada. La vibración del tubo, perpendicular al sentido de desplazamiento del fluido, crea una fuerza de aceleración en la tubería de entrada del fluido y una fuerza de desaceleración en la de salida, con lo que se crea un par, cuyo sentido varía de acuerdo con la vibración y con el ángulo de torsión del tubo, que es directamente proporcional a la masa instantánea de fluido circulante figura Figura 2.21Medidor tipo Coriolis. El par creado con respecto al eje R-R del tubo de la figura 2.21 es M = 2Fr = 4ω rmxv = 4ωrQ, siendo K, la constante de elasticidad del tubo y θ el ángulo de torsión del mismo, la fuerza de torsión del tubo que equivale al par creado respecto al eje del tubo es T=K sθ. Luego como M=T resulta el flujo másico. K sθ (2.8) Q = 4ωr

48 Capítulo II Medidores de Flujo Así, el ángulo de torsión del tubo medido con dos sensores situados por encima y por abajo en la línea del eje, determinará el flujo. La constante K s de elasticidad del tubo tiene como expresión. K = S K ( 20º C ) (1 + S kt x( t 20) s (2.9) Los sensores magnéticos de posición están situados en el centro del tubo y combinan dos intervalos de tiempo. Uno de movimiento hacia abajo del tubo y el otro el movimiento hacia arriba. De este modo la diferencia de las ondas se traduce en impulsos que alimentan un integrador lineal. Cuando hay flujo el integrador carga un circuito electrónico analogo o digital. La diferencia en tiempo t de las señales de los sensores de posición está relacionada con θ y con la velocidad v i del tubo en su punto medio según la siguiente ecuación. v i tanθ = t (2.10) 2 r y como el ángulo θ es pequeño resulta: Lω θ = t (2.11) 2 r Por lo tanto la ecuación del flujo másico es: Q m K sl t (2.12) 8r = 2 Lo que indica que el flujo solo es proporcional al intervalo de tiempo y a las constantes del tubo.sus principales ventajas son, su salida líneal con el flujo másico, no requiere compensación por variaciones de temperatura o presión porque la medición es independiente de estas variables, además también es independiente de la densidad. Este medidor de flujo es ideal para procesos delicados de lotes por peso, sirve para facturar líquidos o gases, es adecuado para casos de viscosidad variable, permite la medición de flujos másicos de líquidos dificiles de medir como adhesivos, nitrógeno líquido entre otros. No requiere de tramos mínimos de tubería porque la medición no depende de la velocidad del fluido o de la turbulencia se puede instalar vertical u horizontalmente. Desventajas Su costo es muy alto. Se tiene que realizar limpieza de los tubos oscilantes en forma periodica. Es mayor en tamaño que otros caudalimetros. Ingeniería en Control y Automatización 37

49 Capítulo II Medidores de Flujo Requisitos de instalación El número de Reynolds no tiene limitaciones asociadas con el medidor de Coriolis, estos son insensibles a la distorsión del perfil de velocidades, por lo tanto no hay ningún requisito para las distancias corriente abajo o corriente arriba.el medidor debe ser instalado con el propósito de que se quedará lleno de líquido y por lo tanto el aire no puede entrar dentro a los tubos. En instalaciones higiénicas, el medidor también debe variarse completamente. La instalación más deseada esta en tubos de circulación hacia arriba verticales figura 2.22-B pero las instalaciones en líneas horizontales (figura 2.22A) son también aceptables. Instalaciones donde la circulación está en un tubo vertical hacia abajo no son recomendadas. En diseños de coriolis más nuevos la vibración de tubo normal no debe afectar el rendimiento del medidor de coriolis si es respaldado por el tubo de proceso (figura 2-22C)apropiadamente Aplicaciones Figura 2.22Tipos de instalación del medidor tipo Coriolis. Existen diversas aplicaciones para los medidores de Coriolis, algunas por mencionar son el gas natural, líquidos y lodos, gases, aplicaciones higiénicas, procesos a temperatura alta y presión alta. Los medidores tipo Coriolis usan el mismo principio que los densitómetros para producir una medición de densidad.

50 CAPÍTULO III METODOLOGÍA PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO En el presente capítulo se muestra la metodología para seleccionar medidores de flujo, los algoritmos para la selección de medidores de flujo volumétrico y medidores de flujo másico. Por último se presenta el programa para seleccionar medidores de flujo y el manual del usuario del programa FLOWSEL2011. Ingeniería en Control Automatización 39

51 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO La medición de flujo es uno de los aspectos más importantes en el control de procesos; de hecho, bien puede ser la variable más comúnmente medida. Existen muchos métodos confiables y precisos para medir flujo. Algunos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores, y otros a ambos. El fluido puede ser limpio o sucio, seco o húmedo, erosivo o corrosivo, etc. Puede variar. Todos estos factores afectan la medición y deben ser tomados en cuenta en el momento de seleccionar un medidor de flujo. Es necesario por lo tanto, conocer el principio de operación y características de funcionamiento de los diferentes medidores de flujo disponibles. Sin tal conocimiento, es difícil seleccionar el medidor más apropiado para una determinada aplicación.las aplicaciones más habituales de este tipo de equipos en la industria consisten en: Medir las cantidades de gases o líquidos utilizados en un proceso dado. Controlar las cantidades adicionales de determinadas substancias aportadas en ciertas fases del proceso. Mantener una proporción dada entre dos fluidos. Medir el reparto de vapor en una planta, etc. Los pasos a seguir para seleccionar un medidor de flujo volumétrico o másico son: 1.- Identificar qué tipo de flujo se va añadir, másico o volumétrico. 2.- Qué tipo de sistema se requiere. Presión diferencial. Velocidad. Tensión inducida. Másico. 3.- Bajo que condición desea seleccionar el medidor de flujo. Medidor recomendado por el fabricante. Medidor recomendado bajo ciertas condiciones de fabricante. 4.- Qué característica de fluido tiene el proceso. Ingeniería en Control Automatización 40

52 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo 5.- Clasificar la característica del fluido de acuerdo a lo siguiente. Líquido limpio. Líquido sucio. Líquido con sólidos suspendidos. Fluidos a velocidad baja. Fluidos corrosivos. Fluidos lechosos. Vapor. Gas. 6.- Conocer el diámetro de la tubería. 7.- Se compara el diámetro de la tubería con los medidores de flujo posibles a seleccionar para realizar un análisis y determinar cuál es más adecuado. 8.- Determinar el número de Reynolds. 9.- Se analiza el número de Reynolds del proceso y comparar con los medidores de flujo ya determinados Conocer la temperatura del proceso Cual es la presión estática 12.- Se determina qué instrumento de medición de flujo es el más adecuado para la aplicación industrial Termina el procedimiento. En el siguiente diagrama a bloques se muestra de forma general como se realiza la selección de los medidores de flujo, figura 3.1. Ingeniería en Control Automatización 41

53 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo INICIO Tipo de medición Volumétrico Másico Presión Diferencial Velocidad Tensión inducida Tipo de medidor que desea. Recomendado para el servicio Recomendado bajo condiciones del fabricante Medidor de Placa de orificio (Excentrica,concéntrica y segmental) TuboAnnubar Turbina Ultrasonido Características del fluido Líquidos limpios Líquidos sucios Vapor o gas Fluido de velocidad baja Líquidos con sólidos suspendidos Fluidos corrosivos Ingresar el diámetro de la tubería Determinar el número de Ingresar temperatura Ingresar presión Imprimir medidor recomendado FIN Figura 3.1 Metodología para la selección de medidores de flujo. Ingeniería en Control Automatización 42

54 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo A partir de la figura 3.1 el algoritmo para la selección de un medidor de flujo volumétrico y másico es la siguiente. 1 Indicar al programa de cómputo que tipo de flujo se requiere másico o volumétrico. 2 Preguntar al usuario que tipo de medidor de flujo desea, recomendado para el servicio o recomendado bajo ciertas condiciones del fabricante. 3 El programa muestra los diversos tipos de medidores de flujo de acuerdo a la selección anterior. 4 El programa pide seleccionar las características del fluido. 5 El programa muestra éstas características (Líquidos limpios, líquidos sucios, vapor o gas, fluidos de baja velocidad, líquidos con sólidos suspendidos, corrosivos y lechosos. 6 El programa pide ingresar el diámetro de la tubería donde será montado el equipo. 7 El programa deja comparar el tamaño de la tubería con valores definidos por el fabricante. 8 El programa pide ingresar el número de Reynolds. 9 Comparar el número de Reynolds con valores definidos por el fabricante para cada uno de los medidores de flujo. 10 Ingresar la temperatura. 11 El programa puede comparar los valores de la temperatura con los establecidos para cada uno de los medidores en ºC y ºF. 12 Ingresar al programa la presión del proceso. 13 El programa permite valorar la presión con los establecidos para cada medidor. 14 Si la temperatura la presión o ambas no coinciden con el programa éste manda un mensaje que verifique las capacidades de presión y temperatura con el fabricante. 15 El programa imprime el medidor recomendado dependiendo de la elección realizada en el paso tres. 16 El programa deja imprimir las características del flujo que tiene el proceso, (turbulento o laminar). 17 El programa deja visualizar al usuario información correspondiente al medidor seleccionado al igual que ver su instalación. 18 Fin del programa. En la tabla 3.1 muestra algunas características específicas de cada uno de los medidores de flujo mencionadas. Ingeniería en Control Automatización 43

55 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo placa de orificio Annubar Magnétic o Turbina Coriollis Ultrasónic o Líquidos limpios * * * * * * Líquidos sucios * * Líquidos viscosos * * * * Líquidos corrosivos * * * * Lechosos * * Gas limpio * * * * Gas sucio º Vapor * * * Øde tubería 1" 150" 75" 24" 6" 0.5" Exactitud 3/4 % ± 5% 1/2 % 1/2 % 1/4 % 5% Rangeabilidad 3:01 10:01 10:01 25:01:00 10:01 Número de Reyolds 30,000 Ninguno > Ninguno Ninguno Efecto de la A A N A N N viscosidad Presión pérdida A A B A M B Costo relativo B A A M A M Tramos de tubería 10 A 30 D Ninguno 5D 10 a 20 D Ninguno 5-20 D recta Instalación M-A M-A A B A B Mantenimiento M-A M-A M M-A B-M B Tipo de salida Lineal Lineal Lineal Lineal N = Ninguno M =Medio * = Recomendado B = Bajo A =Alto º = Aplicación limitada Tabla 3.1 Características de selección para medidores de flujo. Ingeniería en Control Automatización 44

56 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo 3.2 ALGORITMO PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMÉTRICOS En la siguiente figura 3.2 se muestra el diseño del programa de cómputo para la selección de medidores de flujo. INICIO Tipo de fluido Volumétrico Presión diferencial Velocidad Tensión inducida Placa de orificio Excéntrica Concéntrica Segmentada Tuboannubar Turbina Ultrasonido Características del fluido Magnético Características del fluido LÍQUIDOS RECOMENDADOS LÍQUIDOS BAJO CONDICIONES DEL FABRICANTE Características del fluido Líquidos sucios LÍQUIDOS RECOMENDADOS Líquido limpio Vapor ó gas Fluidos de baja Velocidad Líquidos con sólidos Suspendidos LÍQUIDOS BAJO CONDICIONES DEL FABRICANTE Líquido sucio Corrosivo Fluido de baja Velocidad Viscoso LÍQUIDOS RECOMENDADOS Líquido limpio Gas ó vapor LÍQUIDOS BAJO CONDICIONES DEL FABRICANTE Sin recomendación Ingresar el tamaño de la tubería Líquido limpio Líquido sucio Corrosivo Lechoso Ingresar el tamaño de la tubería Ingresar el tamaño de la tubería 2.5 a 1800 mm Magnético 0.1" a 75 1 a 150 / 2.54 cm a 381 cm Annubar 6 A 600 mm 0.25 a 24 Turbina Ingresar el número de Reynolds < 12 / 300 mm Concéntrica 12 mm > 0.5 Ultrasonido >2 / 50 mm Insertar número de Reynolds > mm / > 4 Segmentada 8000 > Insertar número de Reynolds Presión del proceso > 500 Placa > Placa excéntrica Temperatura de trabajo del > Placa segmentada Imprimir medidor recomendado FIN Figura 3.2Metodología para seleccionar medidores de flujo volumétrico. Ingeniería en Control Automatización 45

57 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo A partir de la figura 3.2 el algoritmo para seleccionar un medidor de flujo de tipo volumétrico es el siguiente. 1 Indicar al programa que la medición de flujo es volumétrica. 2 Seleccionar el tipo de sistema (presión diferencial, velocidad y tensión inducida). 3 Mostrar los medidores pertenecientes a cada sistema. 4 Ingresar al programa las características del fluido. 5 Tipo de medidor que desea, el recomendado para el servicio o el recomendado bajo determinadas condiciones del fabricante. 6 Mostrarlos tipos de características de los fluidos pertenecientes a cada tipo de sistema. 7 Si se elige el servicio recomendado, o el servicio recomendado bajo ciertas condiciones del fabricante el programa pasa a la siguiente casilla donde. 8 El usuario puede ingresar el diámetro de la tubería. 9 El programa puede comparar el diametro de la tubería con valores definidos por los fabricantes de cada tipo de medidor de flujo. 10 El usuario puede ingresar el número de Reynolds. 11 El programa puede comparar el número de Reynolds con los valores definidos para cada instrumento de medición. 12 Introducir la presión del proceso. 13 Valorar la presión con capacidades ya específicas para cada medidor. 14 Introducir la temperatura en ºC / ºF. 15 Valorar la temperatura con los intervalos de cada medidor. 16 Si la temperatura y la presión no coinciden con el medidor seleccionado, el programa manda un mensaje para verificar las capacidades de presión y temperatura con el fabricante. 17 El programa deja imprimir el medidor recomendado dependiendo de la opción seleccionada. 18 Medidor recomendado para el servicio. 19 Medidor recomendado bajo ciertas condiciones del fabricante. 20 El programa imprime la característica del flujo que tiene el proceso, (turbulento o laminar). 21 El programa permite imprimir recomendaciones respecto al medidor seleccionado sobre su instalación. 22 El programa permite imprimir información general acerca del instrumento seleccionado. 23 Fin del programa. Ingeniería en Control Automatización 46

58 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo El algoritmo que se obtiene para seleccionar el medidor de flujo volumétrico a partir de la metodología mostrada en la figura 3.3, se muestra a continuación. INICIO Tipo de fluido Volumétrico Presión diferencial Velocidad Tensión inducida Placa de orificio Excéntrica Concéntrica Segmentada Tuboannubar Turbina Ultrasonido Características del fluido Magnético Características del fluido Características del fluido LÍQUIDOS BAJO CONDICIONES DEL FABRICANTE Líquidos sucios LÍQUIDOS RECOMENDADOS Líquido limpio Vapor ó gas Fluidos de baja velocidad Líquidos con sólidos suspendidos LÍQUIDOS BAJO CONDICIONES DEL FABRICANTE Líquido sucio Corrosivo Fluido de baja velocidad Viscoso LÍQUIDOS RECOMENDADOS Líquido limpio gas ó vapor LÍQUIDOS BAJO CONDICIONES DEL FABRICANTE Sin recomendación LÍQUIDOS RECOMENDADOS Ingresar el tamaño de la tubería Líquido limpio Líquido sucio Corrosivo Lechoso T=Ingresar el tamaño de la tubería Ingresar el tamaño de la tubería No Si T= 1 a 150 / 2.54cm a 381cm annubar 6 A600mm / 0.25 a 24 turbina Si 0.1 a 75 / 2.5 a 1800mm MAGNÉTICO No No No No Si T= <12 / 300mm Si T= >2 / 50mm Excéntrica Si T= >4 / 100mm Segmentada No 12mm / >0.5 ultrasonido No Re=Insertar número de Reynolds Si Re < = 8000 Re= Ingresar el número de Reynolds No Si Re >4500 No Si Re >10000 Re=Insertar número de Reynolds Si Re >500 placa concéntrica No Insertar temperatura Insertar presión No Si Re >10000 placa excéntrica Si Re >10000 placa de segmentada Insertar temperatura Insertar presión Insertar temperatura Insertar presión Imprimir medidor recomendado Figura 3.3 Algoritmo para la selección de medidores de flujo volumétrico. FIN Ingeniería en Control Automatización 47

59 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo 3.3 ALGORITMO PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO MÁSICO La selección del medidor de flujo tipo másico es similar a la del medidor de tipo volumétrico la figura 3.4 muestra el diseño del programa de cómputo para la selección del medidor de flujo másico. INICIO Tipo de Volumétrico Másico Coriolis Características de los Líquidos recomendados bajo condiciones del Vapor Gas Líquidos con sólidos suspendidos Líquidos recomendados Líquido limpio Líquido sucio Líquido viscoso Líquido lechoso Ingresar el diámetro de la <6 Pulgadas Temperatura del fluido Presión del fluido Imprimir resultados FIN Figura 3.4 Metodología para la selección de medidores de flujo másico. Ingeniería en Control Automatización 48

60 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo A partir de la figura 3.4 se obtiene el algoritmo para la selección de medidores de flujo tipo másico que es el siguiente. 1. Indicar al programa tipo medición de flujo (másico) o volumétrico. 2. Mostrar al usuario el medidor perteneciente al fluido. 3. Ingresar al programa las características del fluido. 4. Preguntar si el medidor se requiere para el servicio adecuado o el recomendado bajo ciertas condiciones del fabricante. 5. Mostrar los diferentes tipos de fluidos manejados para ambos casos. 6. Ingresar el diámetro de la tubería. 7. El programa compara el diámetro de la tubería ingresado con las capacidades del medidor. 8. Si no entran dentro del intervalo del medidor el programa manda un mensaje al final, que indica al usuario que tiene que verificar la capacidad con el fabricante. 9. Ingresar el valor de presión del proceso. 10. Ingresar el valor de la temperatura ºC / ºF. 11. El programa analiza los valores de presión y temperatura para verificar que la capacidad del medidor esté dentro del alcance del mismo. 12. Mostrar el medidor seleccionado para el proceso. 13. El programa muestra la exactitud del instrumento. 14. Mostrar información al usuario de su principio de funcionamiento, ventajas, desventajas, instalación del medidor. 15. Fin del programa. En base al algoritmo anterior, se muestra el diagrama de flujo en la figura 3.5. Ingeniería en Control Automatización 49

61 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo INICIO Tipo de flujo Volumétrico Másico Coriolis Características de los Líquidos recomendados Bajo condiciones del fabricante Vapor Gas Líquidos con sólidos suspendidos Líquido limpio Líquido sucio Líquido viscoso Líquido lechoso N= Ingresar el diámetro de la tubería No Si N= 0.25 a 6 / 6 a 150mm Coriolis T= Verificar capacidad de temperatura con fabricante No Si T= 20 C / 68 FCoriolis P= Presión del fluido Si P= 1 bar / 14.5 psiacoriolis Verificar capacidad de presión con fabricante Imprimir resultados FIN Figura 3.5Algoritmo para la selección de medidores de flujo másico. Ingeniería en Control Automatización 50

62 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo 3.4 PROGRAMA PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO FLOWSEL2011. El programa de cómputo es útil para seleccionar medidores de flujo, volumétricos o másicos, se realizo en Visual Basic 6.0 y tiene la función de seleccionar el medidor más adecuado para un proceso industrial, dando como información adicional, tipo de instalación, información acerca de cada uno de los medidores, ventajas y desventajas, así como una explicación del principio de funcionamiento de cada medidor de flujo. En la figura 3.6 se muestra la ventana de inicio del programa. Figura 3.6Ventana de inicio del programa. En la figura 3.6 se muestra una barra de menú con los iconos, medidores de flujo y buscar medidor. El icono de medidores de flujo, al seleccionarlo abre una nueva ventana que muestra una lista de los medidores de flujo con los siguientes instrumento, placa de orificio, medidor annubar, medidor magnético, medidor ultrasónico, medidor de coriolis, medidor de turbina. En la figura 3.7 se muestra la pantalla del icono medidores de flujo. Ingeniería en Control Automatización 51

63 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo Figura 3.7Pantalla del icono de medidores de flujo. En la pantalla 3.7 muestra activado los botones con los diferentes medidores de flujo, si alguno de estos es seleccionado se muestra información referente al mismo tal como se presenta en la figura 3.8 al seleccionar la placa de orificio. Figura 3.8Pantalla con información de placa de orificio. Ingeniería en Control Automatización 52

64 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo En la figura 3.8 está seleccionada la placa de orifico, se abre una nueva pantalla con información específica de la placa de orificio, esta muestra cinco botones (placa de orificio concéntrica, placa de orificio segmental, placa de orificio excéntrica, instalación y salida). Cada uno de estos botones al seleccionarlo muestra información específica. Así como para placa de orificio el programa muestra información referente para cada uno de los demás medidores de flujo. El icono buscar medidor permite ir a la parte más importante del programa que es la selección de un medidor de flujo, en la figura 3.9 se muestra la pantalla para seleccionar medidor. Figura 3.9 Pantalla del medidor de flujo icono buscar. Esta interfaz solicita los datos para seleccionar el medidor de flujo más adecuado, se selecciona el primer dato que es, tipo de fluido, muestra una flecha de desplazamiento en la que se dan las opciones de flujo másico o flujo volumétrico, después de seleccionar el primer dato el programa pide seleccionar el tipo de sistema, este es de acuerdo al tipo de fluido seleccionado en el primer dato si fue volumétrico muestra en el segundo dato tres opciones que son presión diferencial, velocidad y tensión inducida. Para el caso del flujo másico solo se selecciona Ingeniería en Control Automatización 53

65 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo sistema el tipo másico. En la figura 3.10 se muestra la pantalla con las opciones de las casillas. Figura 3.10Ventana de características del fluido y del sistema. La siguiente casilla pide introducir la característica del fluido esta ventana muestra una lista de los posibles fluidos, líquidos limpios, líquidos sucios, líquidos viscosos, corrosivos, lechosos, fluidos de velocidad baja, vapor o gas y líquidos con sólidos suspendidos. En la figura 3.11 se muestra la pantalla. Figura 3.11 Pantalla con las características de los fluidos. Ingeniería en Control Automatización 54

66 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo En la siguiente casilla se pide seleccionar si el medidor que desea es recomendado para el servicio o si lo requiere recomendado para el servicio bajo determinadas condiciones del fabricante. En la casilla posterior se pide seleccionar el diámetro de la tubería donde se va a instalar el medidor de flujo se tiene la opción de introducirlo en mm o en plg, al igual que introducir el número de Reynolds, así como presión y temperatura.a continuación se introducirán datos en el programa mostrar el funcionamiento del programa (figura 3.12). Figura 3.12Pantalla del medidor del flujo seleccionado. El programa muestra el medidor seleccionado, siendo este un medidor magnético, el flujo es turbulento, Una exactitud de ± 0.5%, al seleccionar la casilla donde se encuentra seleccionado el medidor magnético muestra la información referente al medidor (figuras 3.13 y 3.14). Ingeniería en Control Automatización 55

67 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo Figura 3.13Información referente al medidor magnético. Figura 3.14Información referente al medidor magnético, (continuación). Ingeniería en Control Automatización 56

68 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo 3.5 MANUAL DEL USUARIO Requerimientos mínimos de instalación La aplicación desarrollada, pretende ser una herramienta para ayudar en la toma de decisiones respecto a la selección de un medidor de flujo, dicha aplicación representa una herramienta que puede ser instalada en una computadora si se requiere (Es instalada por medio de un Wizard) o también puede ser una herramienta portable a través de un ejecutable. Este programa no requiere mayores archivos toda la información de validaciones se encuentra dentro del mismo código de la aplicación por lo que no requiere ninguna conexión a una base de datos o una actualización en internet. El programa de SELECCIÓN DE MEDIDORES DE FLUJO FLOWSEL 2011, se desarrollo bajo el entorno de programación Visual Basic 6.0 para desarrollo de aplicaciones de 32 bits en Windows. El programa FLOWSEL2011 tiene las siguientes características. La aplicación ocupa de espacio en disco duro de 1.75 MB. El tamaño del Setup es de: 1.05 MB. Puede ser instalado en máquinas que tengan las siguientes características. Intel Pentium IV, a 1.6 GHz o su equivalente AMD Athlon. 256 MB en RAM. 1 GB libre en disco duro. Sistema Operativo: XP, VISTA Y WINDOWS 7. Instalación 1. Seleccionar el setup selección de medidores de flujo.exe figura Figura 3.15 Icono del programa FLOWSEL2011 Instalar Wizard permite cargar el programa a cualquier cómputadora, portable o de escritorio, bajo las condiciones establecidas anteriormente, en la figura 3.16 se aprecian 5 pantallas, en la primera nos da la bienvenida al programa de selección Ingeniería en Control Automatización 57

69 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo de medidores de flujo y pregunta si se quiere realizar la instalación del programa, en la segunda pantalla el Wizard comienza a importar la información del programa y vuelve a preguntar si estás seguro que quieres cargar el programa, en la tercera pantalla hay que dar la ruta de acceso para descargar el programa, en la cuarta pantalla indica si deseas crear un icono en el escritorio para el programa FLOWSEL2011 por último en la pantalla cinco da por finalizada la instalación del programa en la máquina. Figura 3.16 Instalación del ejecutable. Ingeniería en Control Automatización 58

70 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo Pantallas de información El programa permite seleccionar un tipo de medidor de flujo para proceso también, permite consultar de manera sencilla información correspondiente al medidor como sonventajas y desventajas de cada uno de los medidores y su instalación recomendada de acuerdo a los fabricantes de estos medidores. Se tiene como ejemplo la placa de orificio, en la figura 3.17 se aprecia la información correspondiente a este instrumento como su instalación y recomendaciones. Figura 3.17Ventana de información de la placa de orificio. Proporciona información referente a la placa y su funcionamiento al igual que su instalación, (figura 3.18 y 3.19). De tal manera que cada instrumento cuenta con estas secciones además de la selección para tener información de una forma rápida. Ingeniería en Control Automatización 59

71 Capítulo III Metodología para la Selección de Medidores de Flujo Figura 3.18Criterios de instalación de la placa de orificio. Figura 3.19Instalación de la placa de orificio, norma ASME. Ingeniería en Control Automatización 60

72 CAPÍTULO IV APLICACIONES DEL PROGRAMA En este capítulo se presenta la aplicación del programa FLOWSEL2011 mediante una comparación de los resultados obtenidos con este programa de cómputo y los resultados de otras metodologías, la comparación fue para líquidos limpios, líquidos de baja velocidad, gases y medidores másicos. Por último se presenta el análisis de resultados.

73 Capítulo IV Aplicaciones del programa 4.1 APLICACIÓN 1. LÍQUIDO LIMPIO Selección de referencia La implementación de un riego de microaspersión mal controlado genera una pérdida de agua. Estas pérdidas pueden deberse fundamentalmente a; pérdidas por escurrimiento superficial al final del área que se riega, cuya causa principal es generalmente el uso de grandes caudales de agua o tiempos de riego exageradamente largos, esta se pretende corregir con la implementación adecuada de un medidor de flujo que determine con exactitud el flujo de agua que se requiere para al riego [8]. Algunas características de la aplicación de riego son la cantidad promedio absorbida para los cítricos es de 880 mm m 3 /h. El diámetro de la tubería a implementar para el riego es de 3 plg, la temperatura es de 29 ºC. Para esta implementación se propuso un medidor de flujo de placa de orificio de tipo concéntrica. En la figura 4.1 se muestra el esquema de instalación del medidor de flujo tipo placa de orificio instalado en el tren de descarga y filtrado del riego. Figura 4.1Esquema de un tren de descarga y filtrado Solución del programa FLOWSEL2011 De acuerdo a la referencia estos son los datos del proceso y el medidor de flujo que propone, es el medidor de presión diferencial, placa de orificio concéntrica. Ingeniería en Control y Automatización 62

74 Capítulo IV Aplicaciones del programa Estos datos se introducirán en el programa de cómputo y se compararan los resultados con la referencia, en la figura 4.2 se muestra la pantalla del programa con los datos introducidos. Figura 4.2 Datos del programa de cómputo. El programa determina que se tiene que instalar al proceso un medidor de flujo del tipo placa de orificio concéntrica, el cual tiene una exactitud de ± 2%, con un fluido de tipo laminar. Una vez dado el medidor, proporciona información referente a éste de una manera más rápida, quedando habilitado el botón del medidor para que al oprimirlo se abra una nueva interfaz con la información correspondiente al medidor figura 4.3. Figura 4.3 Información del medidor de flujo para placa de orificio concéntrica. Ingeniería en Control y Automatización 63

75 Capítulo IV Aplicaciones del programa 4.2 CASO 2. LÍQUIDO A VELOCIDAD BAJA Selección de referencia Usando el procedimiento de selección de medidores de flujo de la referencia [6]. Los datos son los siguientes para seleccionar el tipo de medidor de flujo a utilizar en el proceso. Medidor para flujos de 0.2 GPM de un líquido orgánico en una tubería de 4plg de cédula 40, con una viscosidad que está sobre los 4 cp a 15 cp, una exactitud requerida de ± 1%. El valor máximo del número de Reynolds es al máximo flujo y viscosidad mínima. Rd = ( gpm 4.0) ( 4cP 1.049in) = Para esta implementación sugieren la instalación de un medidor de flujo placa de orificio de tipo segmental. Tipo de fluido Líquido a velocidad baja. Número de Reynolds 1807 Diámetro de la tubería 4 plg. Porcentaje de exactitud ± 1% Presión de proceso No hay dato Temperatura 28 ºC De acuerdo a los datos proporcionados por la referencia el medidor que se emplea para este proceso es la placa de orificio segmental Solución del programa FLOWSEL2011. Se introducen los datos en el programa para seleccionar el medidor de flujo y compararlo con los datos de referencia, en la figura 4.4 se muestra la solución al problema de la referencia, dando como resultado, una placa de orificio segmentada, el programa muestra que el tipo de fluido es laminar y corresponde al fluido de velocidad baja, con una exactitud del ± 2% a ± 4%. Determinado el medidor de flujo proporciona información básica del medidor de flujo, como su principio de funcionamiento, ventajas y desventajas, como se muestra en las figuras 4.5. Ingeniería en Control y Automatización 64

76 Capítulo IV Aplicaciones del programa Figura 4.4 Medidor seleccionado por el programa de cómputo. Figura 4.5 Información referente a placa de orificio segmentada. 4.3 CASO 3 LÍQUIDO SUCIO Selección de referencia. Se requiere determinar qué tipo de medidor de flujo es el más adecuado para una implementación de un sistema avanzado, que permitirá evaluar el volumen Ingeniería en Control y Automatización 65

77 Capítulo IV Aplicaciones del programa de producción de un pozo de agua residual en una prueba de producción de superficie con bomba jet [7]. Tipo de fluido Líquido sucio Número de Reynolds 11,774 Diámetro de la tubería 6 plg Porcentaje de exactitud No disponible Presión de proceso 600 psi Temperatura 32 ºF La instrumentación del proceso de inyección en una prueba de producción de superficie con bomba jet se desarrolló incorporando un medidor de flujo magnético ajeno al sistema de producción haciendo que la señal que se transmite desde el medidor hasta la producción se ajuste a los niveles que maneja su unidad de adquisición de señales. Debido a que la señal del medidor de flujo de turbina ha sido incorporada a una señal de pulsos en el sistema, el tratamiento es similar al de las otras señales del mismo tipo. En la figura 4.6 se muestran las conexiones de los dispositivos que intervienen en la adquisición y acondicionamiento de la señal que entrega el cargador magnético pick-up. Figura 4.6Diagrama de conexiones del medidor de flujo magnético y acondicionadores Solución de programa FLOWSEL 2011 Se ingresaran los datos de la referencia al programa de cómputo para obtener el medidor recomienda y comparar los resultados. Tipo de fluido Líquido sucio Número de Reynolds 11,774 Diámetro de la tubería 6 plg Porcentaje de exactitud No disponible Presión de proceso 600 psi Temperatura 32 ºF En la pantalla de la figura 4.7 muestra la información capturada de la referencia en el programa FLOWSEL2011. Ingeniería en Control y Automatización 66

78 Capítulo IV Aplicaciones del programa Figura 4.7 Selección de medidor de flujo. En la figura 4.8 se muestra la selección del medidor de flujo generada por el programa de cómputo, Muestra tres posibles opciones, tubo annubar, medidor magnético y medidor de turbina, estos tienen para el proceso la misma capacidad para medir el flujo del sistema de producción, realizando un análisis de costos se define que el medidor más adecuado es el de turbina ya que su costo relativo es mediano, su instalación es baja y el mantenimiento es mediano. Comparando con las otras dos opciones el costo inicial es alto al igual que su instalación, teniendo el mantenimiento a costo medio. Proporciona información de manera inmediata sobre el funcionamiento de éste. Figuras 4.8 y 4.9. Figura 4.8 Información del medidor tipo turbina. Ingeniería en Control y Automatización 67

79 Capítulo IV Aplicaciones del programa Figura 4.9 Ventana de ventajas y desventajas del medidor tipo turbina. De acuerdo al programa de cómputo se determina que es un medidor de de tipo turbina, con un flujo turbulento con una exactitud del ± 0.25% una vez determinando el tipo de medidor, éste da la opción de ver información referente al medidor. 4.4 CASO 4. MEDICIÓN DE FLUJO MÁSICO Selección de referencia. Se empleó un software que determina qué tipo de medidor de flujo de tipo másico se tiene que emplear para ello cuenta con una pantalla donde captura información referente a datos del proceso [9]. Intervalo de flujo Temperatura Presión Dimensiones ducto del tubo Tipo de fluido Normal 12 SCFM. 24 º C 30 psig 70 plg Aire En el tipo de fluido muestra las siguientes opciones. Aire, biogás, gas natural, nitrógeno, hidrogeno, oxigeno, metano, dióxido de carbono, propano, cloro, etanol, amoniaco, helio y otros. Ingeniería en Control y Automatización 68

80 Capítulo IV Aplicaciones del programa Figura 4.10Software Fluid ComponentsInternational LLC seleccionador de medidores másicos. Una vez ingresado los datos al programa, en la parte inferior del programa nos habilita un botón que dice, recomendación del medidor de flujo másico FCI. El cual una vez oprimido nos muestra el medidor seleccionado como se muestra en la figura Figura 4.11 Recomendación del flujo másico FCI. El programa de referencia muestra cuatro posibles medidores de flujo másicos, que son vistos en la parte superior del lado izquierdo, muestra parámetros de aplicación. Rango de flujo 12 a 50 SCFM (Normal: 21 SCFM) Temperatura 24 ºC a 65 ºC (Normal: 40 º C) Ingeniería en Control y Automatización 69

81 Capítulo IV Aplicaciones del programa Presión 36 a 55 psig (Normal: 40 psig) Presión media Aire, Número de línea: 4plg Calcular las propiedades del aire Viscosidad = 191.0micropoise Densidad = lbm/ft 3 Número de Reynolds= 254 a Solución programa de FLOWSEL2011 Se ingresaran los datos al programa de cómputo para determinar cual medidor de flujo seleccionara. Tipo de fluido Aire Número de Reynolds 254 Diámetro de la tubería 4plg Porcentaje de exactitud No hay dato Presión de proceso 40psig Temperatura 40 ºC Figura 4.12 Programa de cómputo selección medidor másico. Para el caso del programa de cómputo, selecciona el medidor de flujo másico de tipo coriolis, aunque este es recomendado bajo determinadas condiciones del fabricante, el tipo de fluido es laminar con una exactitud de ± 0.5%. El programa de cómputo, muestra información básica referente al medidor de Coriolis figura Ingeniería en Control y Automatización 70

82 Capítulo IV Aplicaciones del programa Figura 4.13Información medidor Coriolis Selección de referencia B La selección del medidor de flujo de una planta briquetadora que requiere medir el consumo de grafito líquido, maneja una temperatura de 90 ºC en una tubería de 1 plg, a una presión de 3 bar [7]. Tipo de fluido Líquido sucio Número de Reynolds 7435 Temperatura 90 ºC Presión 3 bar De acuerdo a la referencia de la planta briquetadora se requiere utilizar un medidor de flujo tipo coriolis, ya que el grafito es una sustancia que puede dañar partes móviles o internas de otros tipos de medidores como vortex, turbina o annubar Solución del programa FLOWSEL 2011 De acuerdo a los datos de la referencia, se ingresaran al programa FLOWSEL2011 para determinar el medidor de flujo que seleccionará el mismo programa figura Ingeniería en Control y Automatización 71

83 Capítulo IV Aplicaciones del programa Figura 4.14 Programa para seleccionar medidores de flujo. Como se puede observar en la figura 4.13 el programa de cómputo seleccionó el medidor de flujo tipo coriolis, muestra algunas características como son el tipo de fluido que es turbulento teniendo una exactitud del ±5%. El programa FLOWSEL 2011 permite ver información relevante respecto al medidor tipo Coriolis como se muestra en el ejemplo anterior. 4.5 COMPARACIÓN Y ANÁLISIS Para los primeros tres casos que son referidos a la referencia [8], [6] y [7]. Los resultados de la comparación de la referencia con el programa de cómputo se define que la selección del medidor de flujo a emplear al proceso no cambia son los mismos resultados, de manera que el programa determinó de manera rápida la selección del medidor de flujo evitando pérdidas de tiempo consultando al fabricante para que apoye a la selección del medidor de flujo del proceso industrial. Se puede observar que la referencia sólo muestra datos del proceso y que de forma conveniente para el usuario el programa de cómputo diseñado para determinar el medidor de flujo, el programa muestra información referente al medidor, como su principio de funcionamiento, desventajas, ventajas, instalación. De forma didáctica de tal modo que si se es manipulado por el usuario y éste no sabe referente al medidor, sabrá la forma de cómo funciona el medidor y sus aplicaciones. En la última referencia se analiza un software que ayuda a determinar cuál es el medidor de flujo tipo másico que se debe instalar en el proceso de producción, este programa cuenta con una lista de medidores de flujo másicos entre ellos el de Coriolis. Ingeniería en Control y Automatización 72

84 Capítulo IV Aplicaciones del programa El software para determinar qué tipo de medidor másico debe instalarse requiere los datos de cuatro variables, temperatura, presión, diámetro de la tubería e intervalo del flujo. Cabe mencionar que desde un principio este programa menciona que únicamente sirve para seleccionar medidores de flujo tipo másicos y no volumétricos, mientras tanto el programa FLOWSEL2011, determina cualquiera de estos dos tipos de medidores. Una vez seleccionado el medidor másico, por el software de referencia, muestra información de tipo técnica referente a una base de datos del mismo proveedor de sus respectivos medidores de flujo másico, lo que en cierta manera ayuda a la determinación final del medidor de flujo a seleccionar. Puesto que no determina con precisión qué tipo de medidor es el más adecuado para el proceso por que genera más de una opción. Ingeniería en Control y Automatización 73

85 CONCLUSIONES

86 Capítulo IV Aplicaciones del programa Se desarrolló una metodología que aporta una nueva forma de cómo seleccionar un medidor de flujo aplicada a un programa de computación desarrollado en Visual Basic 6.0 facilita la elección de un medidor de flujo a nivel industrial, dando como resultado la elección de éste, de una forma práctica y adecuada. En la industria se requiere obtener información de manera objetiva y rápida ya que en los procesos industriales es de gran importancia mantener el control referente a los fluidos que se estén manipulando dentro del proceso mantenerlos en las mejores condiciones de operación. Estos con la finalidad de que el sistema cuente con los recursos que permita tener el control de los fluidos, la mayoría de los autores determinan de forma similar la selección de los medidores de flujo, cada uno de los proveedores de instrumentación industrial, tiene diseñado para con sus instrumentos (medidores de flujo), su propia forma de cómo seleccionar un medidor, al igual que su instalación. Con base a cada uno de los diseños, se logró generar el propio para seis tipos de medidores, los más utilizados dentro del mercado. El programa desarrollado junto a la metodología nos permite seleccionar cuál de estos medidores es el mejor para instalarlo dentro de nuestro sistema industrial y analizando las ventajas y desventajas de cada uno de ello sin dejar de mencionar que nos muestra las características de instalación de cada medidor. Aportando la disminución en tiempos muertos por seleccionar un medidor de flujo. Realizando una comparativa en tiempo de la selección que se realiza de manera manual el tiempo estimado es de 10 a 15 minutos, realizando lo mismo aplicándolo al programa Flowsel2011, el tiempo es de 4 minutos por la captura de la información. De tal manera que se optimizan tiempos en seleccionar el medidor de flujo, dando los mismos resultados. La aplicación tanto de la metodología como la del programa permiten al usuario mejorar su tiempo en selección de su instrumento de medición, viendo así en el capítulo IV que el programa funciona de manera adecuada puesto que los resultados obtenidos fueron reales ante problemas aplicables a la industria actual. De forma global permite ser más eficientes al momento de seleccionar un instrumento ya que se ahorra tiempo en buscar en las tablas cual es el medidor más adecuado para el proceso. Se visualiza tanto su instalación como información general, de tal modo que este programa no sólo se puede aplicar a la industria si no también ayuda aquellas personas que desconocen del tema o que están estudiando instrumentación (medidores de flujo). Ingeniería en Control y Automatización 75

87 Referencias BIBLIOGRAFÍA Ingeniería en Control y Automatización 77

88 Referencias 1. The american Society of Mechanical engineers, fluid meters their theory and application sixth edition USA Manual, seriecaudalímetrosannubar, Emerson Process Management. Octubre de Rev D. A. 3. Analisis y utilización de reports AGA aplicables ala medición de gas natural. 4. AGA-7 American Gas Association Fluid Flow Measurement a Practical guide to acurate flow measurement second edition E. L. Upp. Paul J. la Nasa Gulf Professional Publishing. 5. Caudalímetroselectromagnéticos de Endress + Hauser incluye ProlinePromag 50, 53 y 55. Tramos mínimos de instalación de medidor magnético. 6. Industrial Flow measurement David W. Spitzer. 7. Allen, Thomas O; Roberts Alan P. Production Operations Vol. 1 Well Completations, Workover and Simulation; OGCI, 0.1 & Gas Consultants International. Tercera impression Inc. Tulsa Oklahoma. Marzo Hilled D Role of Irrigation in Agricultura Systems Irrigation in Agricultural Crops. American Society of agronomy. Irrigation systems, waterman industries Publication Diciembre Centro Nacional de Metrología. Dirección de Metrología Mecanica, división de flujo y volumen, curso medición de flujo México Instrumentation Fundamentals for Process Control, Douglas O.J. Desá. Printed in the United States of America on acid-free paper. 12. CreusSole Antonio, Instrumentación Industrial Séptima Edición, Alfaomega-Marcombo, Villalobos Ordaz Gustavo, Medición de flujo placas de orificio. Noriega- Limusa 14. Mecánica de los fluidos e hidráulica, Ranald V. Giles 15. Mecánica de los fluidos, Victor L. Streeter. Professor of Hydraulics, University of Michigan. 16. Placa de orificio acondicionadora Rosemount 1595, Manual de instrucciones,abril del 2005 Emerson Process Management. 17. Medidores Coriolis de alta capacidad. Emerson Process Management, micro-motion 18. Medidor de flujo electromagnético de metal Signet 2552 de Georg Fischer. MetalMagmeter. 19. Analisis y utilización de reportes AGA aplicables a la medición de gas natural Jornada técnica Internacional en medición de flujo de gas. Septiembre Norma asme B1.7M Instrument of measurement 2002 Ingeniería en Control y Automatización 77

89 APÉNDICE CÓDIGO FUENTE

90 ANEXO A CÓDIGO FUENTE CÓDIGO FUENTE FLOWSEL2011 PANTALLA PRINCIPAL Private Sub ACERCA_Click() frmacercade.show End Sub Private Sub BUS_Click() frm_buscame.show End Sub Private Sub MDIForm_Load() 'ActiveForm.RichTextBox1 End Sub Private Sub SAL_Click() Unload Me End Sub Private Sub Toolbar1_ButtonClick(ByVal Button As MSComctlLib.Button) Select Case Button.Index Case 2: mnumedidoresdeflujo_click Case 4: mnubuscame_click End Select End Sub '/* MENU MEDIDORES DE FLUJO Private Sub mnumedidoresdeflujo_click() frm_medidoresdeflujo.show End Sub Private Sub mnubuscame_click() frm_buscame.show End Sub MEDIDORES DE FLUJO

91 ANEXO A CÓDIGO FUENTE Private Sub Form_Load() Me.Height = 5400 Me.Width = 3825 Me.Top = 345 Me.Left = 0 End Sub Private Sub cmdannubar_click() frm_tuboannubar.show End Sub Private Sub cmdcoriolis_click() frm_coriolis.show End Sub Private Sub cmdmagnetico_click() frm_magnetico.show End Sub Private Sub cmdpof_click() frm_placadeorificio.show End Sub Private Sub cmdsalir_click() frm_medidoresdeflujo.hide End Sub Private Sub cmdturbina_click()

92 ANEXO A CÓDIGO FUENTE frm_turbina.show End Sub Private Sub cmdultrasonico_click() frm_ultrasonico.show End Sub BUSCAR MEDIDOR Private Sub Form_Load() Me.Height = 7785 Me.Width = Me.Left = 0 Me.Top = 0 txt_diametro.enabled = False txt_diametro.text = 0 'TXT_nr.Text = 0 'TXT_TEMPERATURA.Text = 0 'TXT_PRESION.Text = 0 CBO_tm.List(0) = "MASICO" CBO_tm.List(1) = "VOLUMETRICO" CBO_cf.List(0) = "LÍQUIDOS LIMPIOS" CBO_cf.List(1) = "LÍQUIDOS SUCIOS" CBO_cf.List(2) = "LÍQUIDOS VISCOSOS" CBO_cf.List(3) = "CORROSIVOS" CBO_cf.List(4) = "LECHOSOS" CBO_cf.List(5) = "FLUIDOS DE BAJA VELOCIDAD" CBO_cf.List(6) = "VAPOR O GAS" CBO_cf.List(7) = "LÍQUIDOS CON SOLIDOS SUSPENDIDOS" CBO_CL.List(0) = "DISEÑADO PARA ESTE SERVICIO (RECOMENDABLE)"