Desarrollo y prueba de un acondicionador de flujo …Desarrollo y prueba de un acondicionador de...
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Desarrollo y prueba de un acondicionador de flujo (Parte 1- Análisis CFD) Iván Juárez Sosa a , Diego N. Moncada Benavides b a Gerencia de CAE, CIATEQ A.C., b Gerencia de Medición MulFfásica, CIATEQ A.C. Abril 2013
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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.
