W. Gonzales M.

Válvulas y Medidores de Caudal

W. Gonzales M.

Flujo de Gas en Restricciones

Válvulas y Medición de Caudal

P1 P2

D d

Palta

Vbaja

Pbaja

Valta

W. Gonzales M.

Flujo de Gas en Restricciones

El flujo en el interior de una línea puede encontrarse

con reducciones de diámetro, válvulas de control y

medidores de caudal que producen una restricción

al flujo. Esta restricción normalmente se presenta

como reducción en el área.

Las velocidades en la sección estrangulada

incrementa significativamente y puede alcanzar

niveles de la velocidad muy elevados.

Si la velocidad alcanza la del sonido, del orden de

1100 ft/s (considerando aire como medio) el flujo se

define como FLUJO CRÍTICO.

Si la velocidad es inferior a la del sonido, el flujo se

define como FLUJO SUBCRITICO.

P1 P2

D d

Válvulas y Medición de Caudal

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Flujo de Gas en Restricciones

La condición crítica puede ser determinada

conociendo la presión aguas arriba y aguas debajo

de la restricción, además de las características del

gas mediante el coeficiente adiabático k=Cp/Cv.

Si (P2 /P1)>(P2 /P1)crítico el flujo es SUBCRITICO

Si (P2 /P1)≤(P2 /P1)crítico el flujo es CRITICOP1 P2

D d

1

1

2

1

2

k

k

críticokP

P

Válvulas y Medición de Caudal

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Flujo de Gas en Restricciones

Para un gas con G=0,63 el valor de K puede

considerarse igual a 1,275 y se obtiene que si (P2

/P1) es menor o igual a 0,55 es posible obtener el

caudal crítico que atravesará la restricción.

Donde, qsc(Mscfh), D2(in) , P1(Psia) , T1(oR) , Cd=0,86

P1 P2

D1 D2

5,0

1

2

2171,456

GT

DPCq d

sc

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

5,0

21

5,04

2

1

PPg

D

d

KV

V=Velocidad de flujo en la válvula (ft/s)

D=Diámetro de la tubería, ft

d=Diámetro de la sección estrangulada, ft

g=Aceleración de gravedad, ft/s2

P1=Presión aguas arriba , psi

P2=Presión aguas abajo, psi

= Densidad del fluido, lb/ft3

K = Constante de pérdidas de entrada y salida del flujo

por la válvula.

Ecuación de flujo de líquidos en las válvulas:

P1 P2

D d

Válvulas y Medición de Caudal

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5,0

212

PPgCV d

Cd=Coeficiente de descarga de la válvula.

El coeficiente de descarga depende de la geometría del

ducto y de la sección de estrangulamiento, además de

las pérdidas de energía por la entrada y salida del

fluido.

Ecuación de flujo en las válvulas para líquidos:

P1 P2

D d

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

5,0

21

PP

GQC L

Lvd

Cvd= Coeficiente de descarga de la válvula para 1gpm y

1 psia de caída de presión.

QL = Caudal volumétrico, gpm

GL = Gravedad específica del líquido

P1-P2 = Caída de presión en la válvula, Psia

Ecuación de flujo en las válvulas para líquidos según

Masoneilan:

P1 P2

D d

Válvulas y Medición de Caudal

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5,01

1

2

1

1 11

2

k

k

cd

P

P

k

kgPCV

Ecuación de flujo de gases en las válvulas:

P1 P2

, kD d

Cd=Coeficiente de descarga de la válvula.

En las válvulas, debido al estrangulamiento, puede

alcanzarse altas velocidades y alcanzar el FLUJO CRITICO

( velocidad mayor a 300 m/s).

La reducción de presión en las válvulas produce una

reducción en la temperatura, este puede alcanzar niveles

muy bajos que puede dar lugar a la formación de hidratos.

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

5,0

2

2

2

1963

PP

TGQC

gg

vd

Cvd= Coeficiente de descarga de la válvula para 1gpm y

1 psia de caída de presión.

Qg = Caudal volumétrico, scfh

T = Temperatura del flujo, oR

P1 = Presión aguas arriba, Psia

P2 = Presión aguas abajo, Psia

Ecuación simplificada de flujo en las válvulas para

gases según Masoneilan:

P1 P2

D d

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Por su naturaleza, la medida de caudal de flujo es una de las variables más

difíciles de medir por que no se la puede medir de forma directa como la presión

y la temperatura.

El caudal de flujo se la obtiene de forma indirecta a través de diferencias de

presión en longitudes especificadas, velocidades de rotación de elementos

rotativos, velocidad de desplazamiento en cámaras de medición, etc.

Un medidor de flujo o dispositivo de medición es caracterizado utilizando los

siguientes parámetros:

oPrecisión

oRango

oRepetitividad

oLinealidad

oNivel de confianza.

Características de los Equipos de Medición

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

La selección de un dispositivo de medición depende de:

Precisión del aparato

Rango del caudal de flujo

Rango de la temperatura y presión del flujo

Fluido a ser medido

Requerimientos de mantenimiento

Vida esperada del dispositivo

Costo inicial y de operación

Factores de Selección de Equipos de Medición

Válvulas y Medición de Caudal

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Método de Diferencia de Presión

oPlaca de Orificio

oTipo venturi

oToberas de medición

oTubo de pitot

Medidores de Desplazamiento

oRotativos

oDiafragma

Medidores del Tipo Turbina

Medidores de Rotámetro

Medidores de ultrasonido

Métodos de Medición de Caudal

Válvulas y Medición de Caudal

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Medidor de Placa de Orificio

Válvulas y Medición de Caudal

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Medidor de Placa de Orificio

Válvulas y Medición de Caudal

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Elementos de Diseño y Selección de

Medidores de Placa de Orificio

Localización de Puntos de Medición

o Tipo flange (flange type)

o Tipo tubería (pipe type)

o Vena contracta

o Tipo esquina

Sección de Estabilización de Flujo

Tamaño y Localización del Orificio

Medida de Presión y Registro

Válvulas y Medición de Caudal

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Medición de Gases por Placa de Orificio

La ecuación para el cálculo del caudal de flujo de gases a

condiciones estándar está definido por la ecuación de AGA

(American Gas Association):

fwalmpvgtftbpbrbfwsc PhFFFFFFFYFFFPhKQ

donde,

Qsc = Caudal volumétrico a condiciones estándar, scf/hr

hw = Presión diferencial a 60 oF, in de agua

Pf = Presión estática absoluta del fluido que fluye, psia

Fb = Factor de corrección base del orificio, scf/hr

Fr = Factor de corrección del número de Reynolds

Y = Factor de expansión

Fpb = Factor de presión base

Ftb = Factor de temperatura base

Ftf = Factor de temperatura de flujo

Fg = Factor de gravedad específica

Fpv = Factor de supercompresibilidad

Fm = Factor de manómetro

Fl = Factor de localización

Fa = Factor de expansión térmica del orificio

Válvulas y Medición de Caudal

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Medición de Gases por Placa de Orificio

Fb = Según AGA-3

Fr = Según AGA-3

Y = Según AGA-3

Fl = Según AGA-3

Fm = Según AGA-3

b

pbP

F73,14

520

btb

TF

5,0

520

f

tfT

F

5,0

1

GFg

5,0Z

ZF b

pv

aceroparaTF fa 5280000185,01

monelparaTF fa 5280000159,01

tapsflangeD

d

tapspipeD

d

67,02,0

7,015,0

dt

Dt

8

1

50

1

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Medición de Gases por Placa de Orificio

Fb = Factor de corrección base del orificio, scf/hr= De tablas, depende del local de

medición y de D y d

Fr =Factor del número de Reynolds=1+ b/(hwPf)0,5 (b, depende de D y d, en tablas)

Y = Factor de expansión (De tablas, depende de d/D y hw/Pf

Fpb = Factor de presión base=14,73/Pb ; Pb (Psia)

Ftb = Factor de temperatura base=Tb/520 ; Tb (oR)

Ftf = Factor de temperatura de flujo=(520/Tf)0,5 ; Tb (oR)

Fg = Factor de gravedad específica = 1/G0,5

Fpv = Factor de supercompresibilidad = Zb/Z

Fm = Factor de manómetro (De tablas)

Fl = Factor de localización (De tablas depende de la altura snm y la latitud)

Fa = Factor de expansión térmica del orificio = 1 + (0,0000185 (Tf-528) para acero

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Ubicación de la Placa de Orificio según AGA 3

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Medidor de Tipo Turbina

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Modelos de Medidores Tipo Turbina

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Medidor de Tipo Ultrasónico

Se basa en el principio

de la relación de tiempo

y espacio de la emisión y

recepción de ondas

sonoras, considerando

dos electrodos. Esta

relación es proporcional

a la velocidad.

El orden de precisión es

de 0,05% a 0,1%.

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Medidor de Tipo Ultrasónico en Ducto de 24”

Se basa en el principio

de la relación de tiempo

y espacio de la emisión y

recepción de ondas

sonoras, considerando

dos electrodos. Esta

relación es proporcional

a la velocidad.

El orden de precisión es

de 0,05% a 1%.

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Medidor de Tipo Corilis - Micromotion Technology

Se basa en el principio

de la aceleración de

coriolis. Permite medir:

Caudal másico

Densidad

Temperatura

Presión

El orden de precisión es

de 0,05%.

Válvulas y Medición de Caudal

W. Gonzales M.

Medidor de Tipo Corilis - Micromotion Technology

Se basa en el principio

de la aceleración de

coriolis. Permite medir:

Caudal másico

Densidad

Temperatura

Presión

El orden de precisión es

de 0,05%.

Válvulas y Medición de Caudal

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Medidor de Tipo Corilis - Micromotion Technology

La relación entre la masa, la rigidez y la

frecuencia natural es el fundamento para

la medición de densidad en un medidor de

caudal tipo Coriolis. Para comprender esta

relación, considere el sistema de resorte y

masa.

El volumen del fluido contenido en los

tubos de caudal permanece constante; por

lo tanto, la única manera en que la masa

del fluido puede cambiar es si la densidad

también cambia. Debido a esta relación

entre la masa y la densidad, la masa de los

tubos de caudal llenos indica la densidad

del fluido contenido.

Válvulas y Medición de Caudal