Curso AADECA Caudal. Instrumentación Industrial

Transcripción

1 Curso AADECA 2008 Instrumentación Industrial Caudal Capítulo 02 Instrumentos basados en Desplazamiento Positivo y Presión Diferencial Ing. Eduardo Néstor Álvarez

2 Desplazamiento Positivo Historia El profesor Daniel Schwenter en su Delicias Físico Matemáticas (1636) presenta una bomba de desplazamiento positivo para el funcionamiento de fuentes en jardines. (E+H Flow Handbook)

3 Desplazamiento Positivo Recordemos que alcanzan hasta un 0.1% de incertidumbre mínima lo que los hace útiles en aplicaciones con exigencia de exactitud, por ejemplo facturación, Custody Transfer Operations. Desplazamiento de volumen de fluído en cámaras. El caudal se deduce del número de rpm y el volumen de la cámara. Q = Vc.Z. Nrpm El volumen total será el volumen de la cámara por el numero de cámaras usadas en cada revolución por el número total de revoluciones. (Totalizado)

4 Desplazamiento Positivo Limitados en tamaño y por ende lo es el caudal que manejan, respecto de otras tecnologías. Por su sistema mecánico son en general unidireccionales.

5 Desplazamiento Positivo Los en flujo de líquidos los gases y partículas disminuyen la exactitud (Filtrado, Purgado). El fluído debe ser limpio, sin partículas solidas que destruyen el mecanismo.

6 Desplazamiento Positivo En casos trabajan tomando la energía del medio que miden. Llegan a una Rangeability de 40 : 1 y pueden superar esta característica ampliamente.

7 Desplazamiento Positivo En este caso mejora la exactitutd con la viscosidad. Usados en Petroquímicas, transvase de combustibles estaciones de servicio, medidores de gas domiciliario, como Master en sistemas de calibración.

8 Desplazamiento Positivo Tipicas velocidades 2 m/seg En general por la mecánica interna provocan pulsaciones en el caudal.

9 Desplazamiento Positivo Los diámetros nominales deben ser mas grandes que para otros métodos para el mismo caudal. Se corre el riesgo de que se traben por congelamiento si se usan a la intemperie

10 Desplazamiento Positivo Tienen una tendencia a mayor precio para manejar el mismo caudal respecto a otras tecnologías.

11 características Group Type Linearity (%) Repeatibility (%) Rangeability Pressure Drop at Maximum Flow 1 1 Orifice # # 3 or 4:1 3/4 Venturi # # 3 or 4:1 2 Nozzle # # 3 or 4:1 2/3 2 Variable Area Target Averaging Pitot Sonic Nozzle 3 Sliding Vane Oval Gear Rotary Piston Gas Diaphragm Rotary Gas 4 Turbine Pelton Mechanical Meter Insertion Turbine 5 Vortex Swirlmeter Insertion Vortex 6 Electromagnetic Insertion Electromagnetic 7 Doppler Transit Time 8 Coriolis Twin Rotor 9 Anemometer Thermal Mass 10 Tracer Laser R is the flow rate T is the volume flow V M is the mean velocity 1 1 is low 5 is high ±1% FS to ±5% FS NS # ±0.25% ±0.1 R to ±0.3% R ±0.25% R ±0.5 R to ±1% R No data ±1% ±0.15 R to 1% R ±0.25 R to ±0.2% R No data ±0.25 R to ±5% R ±1% R <±2% R ±2% ±0.5% R to ±1% R ±2.5% R to ±4% R No data ±0.1 R to ±1% R NS No data No data ±0.5 FS to ±2% FS No data No data ±0.5% FS to ±1% FS NS ±0.05% R to ±0.2% R ±0.1% ±0.01% R to ±0.05% R ±0.05% R to ±0.1% R ±0.2% R No data ±0.2% R ±0.02 R to ±0.5% R ±0.1 R to ±0.25% R ±1% FS ±0.1 R to ±2% R ±0.1 R to ±1% R NS ±0.1% R ±0.1% R to ±0.2% 10:1 3:1 # 100:1 10 to 20:1 10 to 250:1 100:1 25:1 5 to 10:1 4 to 10:1 10 to 280:1 10 to 40:1 4 to 40:1 10 to 30:1 15 to 30:1 10 to 100:1 FS 10:1 ±0.2% FS 5 to 25:1 ±0.2% R to ±1% FS 10 to 300:1 ±0.1 R to ±0.25% R 10 to 100:1 No data 10 to 20:1 ±0.2% FS 10 to 40:1 ±0.2% FS to ±1% R 10 to 500:1 No data Up to 1000:1 ±0.5% R Up to 2500:1 V P is the point velocity % R is the percentage flow rate % FS is the percentage full scale 3 3 1/2 3/4 4/5 4 4/ / /5 3/ Flow Parameter Measured R R R R R V m R T T T T T R R R V P R R V P R V P v M R R R R V P R Response Time # # # No data NS # NS >0.5s >0.5s >0.5s >0.5s >0.5s 5 ms to 25 ms 5 ms to 25 ms 50 ms 5 ms to 25 ms 0.5 s minimum NS 5 ms >0.2 s NS 0.02 s to 120 s 0.1 s to 3600 s 50 ms No data 0.12 s to 7 s V M No data V P No data NS indicates not specified # is dependent on differential pressure measurement

12 Desplazamiento Positivo Caudalímetro de Pistón rotante Fluído Entrante Fluído neutral Fluído Saliente

13 Desplazamiento Positivo Principio de funcionamiento otras variantes

14 Desplazamiento Positivo Múltiples Paletas

15 Medidor de Paletas

16 Medidor de Lóbulos

17 Medidor de lóbulos Dentados

18 Lóbulos Dentados (Red)

19 imanes Medidor de Lóbulos Dentados (Conar)

20 Oval gear meters Características de Selección recomendaciones de un fabricante Ideal for: Viscous fluids Process control High Pressure High accuracy L/Min (ese fabricante)

21 Medidor Volumétrico de Disco oscilante Contador mecánico Salida pulsos Indicador digital Br. Schillig

22 Medidor de Diafragmas

23 Medidor de Diafragmas

24 Medidor de Engranajes y tornillos E&H

25 Instrumentos basados en Presión Diferencial Placa Orificio Venturi Pitot Tobera Codo

26 Porqué Medir con Transmisores DP ISO / DIN Normalizados desde 1929 muy difundidos altamente aceptados Para Cualquier fluido Interfase con El proceso Puramente mecánica: Confiables: datos independientes del fabricante Principio perfecto para Vapor,gas o Líquido. Altamente probado robusta confiable dp Primario Fácil de Cambiar cambio sin interrumpir el proceso Cambiando el Transmisor : se moderniza La medición con poco gasto dp Es universal no solo dp Caudal también dp Nivel y puro dp( bombas,..) reducción de costos de costo de almacenamiento y entrenamiento, Deltabar S (Endress) Transmisores e alta tecnología Excelente performance Soluciones en Bus de Campo O analogico mas hart Celda cerámica auto diagnóstico N o 1 principio para caudal mundial

27 Comparación de La recuperación de Presión de los distintos Medidores por DP.

28 Placa orificio (Líquidos y Gases) Incertidumbre: +/- 1,00 % (0.86 %) Rango de Caudales: 3 a 1 (Gases AGA Reporte Nro. 3 / API MPM Capítulo 14.3 / ISO 5167) ISO Medida de flujos mediante Placas-Orificio, Toberas, Tubos Venturi, insertados en tubos de sección circular.

29 Placa Orificio, Tipos de borde

30 Placa Orificio, segmental orificio excéntrico

31 Placa Orificio

32 Placa Orificio, Vena Contracta

33 Tomas en Brida ISO 5167

34 Corner tap ISO 5167

35 Tomas mediante Ranura Anular Superior corner tap una sola pieza DIN Inf. Corner tap dos piezas DIN 19205

36 Placa Orificio Tomas Anulares Tomas individuales

37 Ubicación de las Tomas para Placa orificio

38 Tipos de Tomas en caño ISO 5167

39 Entrada Salida Salida Brida Entrada Codo 2 x 90* Reductor Codo 2 x 90* 3 dimensiones Codo 90* Válvula de estrangulación

40 Recomendaciones Instalacion Placa orificio.

41 Distancias a la Placa Orificio Distancia del codo con enderezador de flujo es un medio para recortar el largo recto de cañería a la mitad aproximadamente. Los obstáculos modifican la distribución del flujo por lo Que provocan mediciones poco precisas

42 Recomendaciones Instalacion Placa orificio Tubos universales Placas intercambiables Std.

43 Conjuntos de tubos Enderezadores de Vena Permiten Acortar las distancias aguas arriba. En gases: AGA solo acepta 19 tubos concéntricos de igual tamaño AGA no acepta Diseño con bandas laterales de terminación 19 tubos de diseño exagonal 7 tubos concéntricos

44 Placa enderezadora (mas simple)

45 Transmisor Multi-Variable (Inteligente) Mide todas las variables necesarias para la compensacion de flujo Usa las mismas tomas para presión estática y DP Integra RTD/Temp. Si se conecta por bus de campo puedeusarlosmismoscables para transferir a voluntad las variables: Presión Diferencial Presión (absoluta o manométrica) Temperatura Flujo de gas compensado

46 Distancias a la Placa Orificio

47 Factor de Correcion por Nro de Reynolds

48 Corrección por Compresibilidad

49 Toberas (cortesía endress) Tomas individuales Tomas anulares

50 Tobera de Radio Largo

51 Tobera ISA

52 Venturi (cortesía endress)

53 Diseño de un Venturi

54 Tubo Pitot Cortesía Endress dp = P dyn ~ v 2 ~ q 2

55 Tubo Pitot Cortesía Endress q v = K 2 Δp 1/ρ q v = K 2 Δp 1/ρ

56 Tubo Pitot

57 Tubo Annubar Alta Performance Annubar + Transmisor de Presión resultando un caudalímetro con ± 0.90% del caudal medido.

58 Tubo pitot promedio de cuatro tomas

59 Medidor de Cuña

60 Medidor de Cuña

61 Cono (V Cone) Se intercala en el centro de la cañería un cono que reduce la sección provocando el efecto de generación de presión diferencial. Tiene las ventajas de los métodos PD y además: Necesita menos diámetros rectos aguas arriba pues el mismo cono acondiciona el flujo. Precisión de 0,5%. Rangeabilidad de 10:1

62 Cono (V- Cone) Anular Acondiciona el caudal por su forma. Disminuye el Area por lo que tenemos un beta equivalente. No tenemos la normalización detallada que tienen las placas orificio.

63 Anular Acondiciona el caudal por su forma. No tenemos la normalización detallada que tienen las placas orificio.

64 Codo No tenemos la normalización detallada que tienen las placas orificio. Las diferencias de presión pueden ser insuficientes para la medición si los diámetros y velocidades son pequeñas.

65 Montaje Liquido de Sellado liviano respecto del flujo

66 Montaje Liquido de Sellado pesado respecto del flujo Principles and Practice of Flow Meter Engineering L.K.Spink The Foxboro Company