Desarrolloypruebadeunacondicionadordeflujo(Parte1-AnálisisCFD)

IvánJuárezSosaa,DiegoN.MoncadaBenavidesbaGerenciadeCAE,CIATEQA.C.,

bGerenciadeMediciónMulFfásica,CIATEQA.C.

Abril 2013

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

REVISIÓNBIBLIOGRÁFICA

METODOLOGÍA

ÁNGULODESWIRL

PERFILESDEVELOCIDADYCAÍDADEPRESIÓN

CONCLUSIONES

Nosiemprese*eneespaciosuficienteparaubicaracondicionadoresdeflujo

Enalgunoscasos,losacondicionadoresdeflujoinstaladosgeneranproblemasdecaídadepresiónoruido

Laevaluacióndeestacionesdemedición(≈250)indicanenalrededordel15a20%desuserroressoncausados��porlasperturbacionesdeflujo

LamayorpartedelgasnaturalenMéxicosemideusandolaplacadeorificio(85%)

INTRODUCCIÓN

GallagherySaundersmencionanalacondicionadordeflujocomoelfactorquemásafectaalacadenademedición.

GallagherySaunderstambiénmencionanalacondicionadordeflujocomounaopciónparaminimizarelerrorcausadopordistorsionesdelastuberías.Tambiénmencionanlgunascaracterís*cas:bajacaídadepresión,costodefabricaciónmoderado,rigurosodiseñomecánico,independenciasobretomasdepresióndiferencial,espaciodeubicación,etc

ISO5167,SawchukandMiller:Caracterís*casdelperfildevelocidadesytoleranciadelángulodeswirl.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA (cont.)

Mickan,Dopheide,WnetyKramermencionancomocaracterís*casprincipalesaconsiderarenunacondicionadordeflujo:elperfildevelocidadaxial,ángulodeswirlycaídadepresión.

OuazzaneyBendhadjmencionanalacondicionadordeflujohíbridocomounaopciónparamejorarlamedicióndeflujo.

MorrisonyTung,asícomoMaanglyyYehmencionanconceptosacercadeladeterminacióndelángulodeswirl.

Fabricacióndelaseccióndetuberíaaguasarribaquegeneranperturbaciones

SelecciónyfabricacióndeprotoFpoparapruebaenellaboratoriosecundariodecalibracióndeflujodeCIATEQ

ModeladoenCFDdelosmodelospropuestos.

Desarrollodeunacondicionadordeflujohíbridobasadoenlosconceptosdelateoríadelaporosidad

METODOLOGÍA

Esquemas

Tuberíacondistorsionessinacondicionador

Tuberíacondistorsionesconacondicionadorcomercial

Tuberíacondistorsionesconacondicionadorespropuestos

Determinacióndeperfilesdevelocidadendiferentesposicionesantesydespuésdelacondicionadordeflujo.

Determinacióndelángulodeswirlparadiferentesflujosconsiderados:2000,3000,4000,5000y6000kg/minconsiderandoaguacomofluidodetrabajo.

METODOLOGÍA (cont.)

METODOLOGÍA (cont.)

Secciones de tubería consideradas

METODOLOGÍA (cont.)

Modelos analizados

ElcriterioestablecidoenISO5167fué

consideradoparaesteanálisis:+/-2°

SawchukandMillertambiénmencionanelcriteriode2°paraelángulodeswirl.

ÁNGULO DE SWIRL

Swirl angle (°) Posición

CIATEQ 1 CIATEQ 2

U n d i á m e t r o d e s p u é s d e l último codo

Cinco diámetros d e s p u é s d e l acondicionador

Diez diámetros d e s p u é s d e l acondicionador

ÁNGULO DE SWIRL (cont.)

Max: 15.99° Min: -20.81°

Max: 20.32° Min: -27.28°

Max: 1.28° Min: -2.05°

Max: 1.22° Min: -1.68°

Max: 1.17° Min: -1.13°

Max: 1.64° Min: -1.24°

Swirl angle (°) Posición

CIATEQ 3 COMERCIAL COMPLETO

U n d i á m e t r o d e s p u é s d e l último codo

Cinco diámetros d e s p u é s d e l acondicionador

Diez diámetros d e s p u é s d e l acondicionador

ÁNGULO DE SWIRL (cont.)

Max: 17.96° Min: -23.90°

Max: 23.04° Min: -27.16°

Max: 1.40° Min: -1.88°

Max: 1.08° Min: -1.05°

Max: 1.19° Min: -1.27°

Max: 1.03° Min: -0.94°

Swirl angle (°) Posición

COMERCIAL SOLO PLACA SIN ACONDICIONADOR

U n d i á m e t r o d e s p u é s d e l último codo

Cinco diámetros d e s p u é s d e l acondicionador

Diez diámetros d e s p u é s d e l acondicionador

ÁNGULO DE SWIRL (cont.)

Max: 17.08° Min: -23.43°

Max: 17.84° Min: -19.91°

Max: 2.47° Min: -2.91°

Max: 23.22° Min: -16.70°

Max: 2.40° Min: -1.29°

Max: 18.49° Min: -11.23°

ElcriterioestablecidoenISO5167fué

consideradoparaesteanálisis:+/-5%delperfildevelocidadcompletamentedesarrollado

Seconsiderólaecuacióndeleydepotenciaparacompararlos

resultadosobtenidos,laecuaciónseajustóu*lizandoelfactordefricciónyelnúmero

deReynolds

PERFILES DE VELOCIDAD Y CAÍDA DE PRESIÓN

-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.100.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0Veloc

idad

(m/s)

P os ic ion(m)

C IAT E Q 1C IAT E Q 2C IAT E Q 3C OME R C IA L S O L O P L AC AC OME R C IA L C OMP L E T OF D +5%F D -5%

PERFILES DE VELOCIDAD Y CAÍDA DE PRESIÓN (cont.)

PERFILES DE VELOCIDAD Y CAÍDA DE PRESIÓN (cont.)

Flujomásico(kg/s)

Presióndeentrada(Pa)

CIATEQ1 CIATEQ2 CIATEQ3 COMERCIALSOLOPLACA

COMERCIALCOMPLETO

66.196 66856.85 10935.7 12540.5 7176.9 5689.14 6156.2

CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos, los perfiles de velocidad indican que, para los acondicionadores estudiados, el perfil de velocidad obtenido en cinco diámetros después del acondicionador de flujo se encuentra entre los límites establecidos por la norma ISO 5167, al menos, para la zona central y zonas cercanas a la pared del tubo Con respecto al ángulo de swirl, las simulaciones muestran que cinco diámetros después del acondicionador de flujo, los ángulos tienen un valor abajo o cercano de 2 grados. Esta consideración ha sido aceptada por la ISO 5167 y ha sido tomada como una manera de validar los resultados de este trabajo. Después de 10 diámetros, ya se tiene un valor de ángulo de swirl menor a 2 grados.

CONCLUSIONES (cont.)

De los tres acondicionadores propuestos y en base a los resultados obtenidos, el modelo CIATEQ 3 muestra un comportamiento similar al acondicionador comercial completo en lo que respecta los parámetros considerados para validación (caída de presión, ángulo de swirl y perfil de velocidades), con la gran ventaja de que el acondicionador desarrollado requiere menos espacio para su instalación, (5 diámetros menos) no así el acondicionador comercial que está formado por dos piezas.

PREGUNTAS?

GRACIAS! ijuarez@ciateq.mx