Presentación 6 - Medidores de Gas Natural

8/12/2019 Presentacin 6 - Medidores de Gas Natural

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Presentacin 6Medidores de Gas Natural Ing. Nelson Yaez

CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS INHERENTES ALOS SISTEMAS DE MEDICIN Y REGULACIN EDRS

PRMS Y CITY GATES


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Tiposdemedidores Caractersticasyaplicaciones NormativasdelaAGAyAPI Mantenimientodemedidores

CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOSINHERENTES A LOS SISTEMAS DE MEDICIN Y

REGULACIN EDRS PRMS Y CITY GATES


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1 2 5 10 2 5 100 2 5 1000 2 5 10000 2 5 100000 2 5 1000000 2

Medidores Qmax/ Qmin= 50

Domiciliarios Pmax.= 200 mBar

A diafragma de baja presin Qmax/Qmin=50

Pmax.= 200 mBar

A diafragma de alta presin Qmax/Qmin=50

Pmax= 7 Bar

Medidores de lbulos rotativos Qmax/Qmin= 50

Turbinas Qmax/Qmin=10 en baja presin

Qmax/Qmin=50 en alta presin

QmaxQmin=3 Placas de orificio

Qmax/Qmin=60 Ultrasnicos

Medicin de Gas Natural

Rangos de apl icacin aconsejables para diversos tipos de medi dores

Diversidad de Medidores Gas


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Diversidad de Medidores Gas


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AGA Report n 3Orifice Metering of Natural Gas and Other RelatedHydrocarbon Fluids

AGA Report n 7Measurement of Gas by Turbine Meters

AGA Report n 8

Compressibil ity Factors of Natural Gas and OtherRelated Hydrocarbon Gases

AGA Report n 9Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic meter


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CAMPO DE APLICACION

Medidores tipo turbina axiales

Regula la medicin de gas en los siguientes aspectos:

Construccin

Instalacin

Operacin

Prcticas de calibracin

Mtodos de clculo para determinacin de flujo volumtricoy msico de gas


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La Turbina Deduceel Flujo midiendola Velocidad

del Rotor

Medidor de Turbinas para Gas


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CONSTRUCCIN

COMPONENTES DEL MEDIDOR TIPO TURBINA

Cuerpo

SalidaEntrada

Estator deentrada

Estatorde salida

Pasajeanular

Rotor deturbina

Conexin

MecanismoCarcaza ycono de cola

Indicador mecnico oelectrnico


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Medidor de Turbinas para Lquidos

Buje

Rotor con Aro

Botones deMaterial Magntico

Imn

BobinaCaptadora

0 - 5 V

SalidaEntrada

150 mV

Preamplificador


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CONSTRUO

MEDIDORES TIPO TURBINA


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VARIACION DEPARAMETROS DENTRO DE

UN MEDIDOR TIPO TURBINA

Curva de presin a travs de unmedidor turbina

Presin p

Conversin de energia

presin energia rotacional

Diagrama equivalente de fluido

de un medidor tipo turbina

Toma de

presin

Termmetro de

control

Longitud

Pt100

Diferencia de temperatura

1oCVariacin de la temperatura del gas a travs de unaturbina a una velocidad de 18 m/s.


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CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA


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CONFIGURACION OPCIONAL PARA

INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA(Short coupled)


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CONFIGURACION OPCIONAL PARAINSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA

(Closed coupled)


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CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE MEDIDOR TIPO TURBINA ANGULAR


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RECTIFICADOR DE FLUJO


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CURVA DE EXACTITUD DE UN MEDIDOR TIPOTURBINA A PRESION ATMOSFRICA


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EFECTO DE FLUJO HELICOIDAL EN UNMEDIDOR TIPO TURBINA


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LIMITACION DE APLICACION DEL MEDIDOR TIPOTURBINA


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PRUEBAS DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA ENDIFERENTES PRESIONES Y DESPUES DE 5 AOS


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COMPRESIBILIDAD

Definicin del Diccionario de la Industria del Petrleo:

Relacin del volumen real del gas a una temperatura y presin dadas

por el volumen del gas cuando es calculado por la Ley de los Gases

Ideales.

O sea: Z = PV / n R T

Desvio de la Ley de los Gases Ideales o no-idealidad de un gas.

Z es afectada por la: - presin- temperatura

- composicin del gas


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Importante para una medicin exacta de flujo de gas

COMPRESIBILIDAD

No es fcil de entender y calcular

Exige algn conocimento de qumica

Despreciable en las condiciones base

Puede representar 20% de correccin del volumen e altas presiones

Vara mucho en funcin de la composicin

Los hidrocarburos son ms compresibles que los gases inertes

Pero, es muchas veces equivocada porque:


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Modelo terico de una molcula de Metano (CH4)

H

HH

HC

Gas ideal (He, Freon): colisin elstica entre las molculas de gas

Gas real: colisin no es perfectamente elstica entre las

molculas de gas debido a las fuerzas de Van der Waals

(adherencia)


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MTODOS DE CLCULO DEL FACTOR DECOMPRESIBILIDAD Z

Sumatoria de los segundos coeficientes viriales GPA 2172-86 y

anteriores

Mtodo alternativo de sumatoria de los trminos b1/2

NX-19 (Mtodo AGA anterior a 1992)

AGA-8 Gross

AGA-8 Detail


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MTODO DEL AGA REPORT No. 8

Publicado en 1992, con la intencin de cubrir un rango mas amplio de

condiciones, y de ser mas exacto.

Las ecuaciones para clculo de Fpv son ecuaciones de estado basadasen mezclas complejas y conjuntos de combinaciones binarias de

molculas puras.

Basado en ecuaciones iterativas de clculo computacional

El clculo detallado y una combinacin de la Segunda Ecuacin Virial

para aplicaciones de baja densidad, y funciones exponenciales para las

aplicaciones de densidad mas elevada, como en las lneas de transporte

de gas natural.


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MATRIZ DECOBERTURA DEL

AGA REPORT No. 8


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AGA REPORT No. 8Detail Method

AGA REPORT No. 8Gross Method

Rango de aplicacin mas

amplio Permite el clculo con datos

incompletos de la calidad del gas

Rango de aplicacin restringido

Permite el uso de la gravedad,

calor especfico o composicin de

metano, y concentraciones de

CO2 y N2.

Exige un anlisis completo del gas


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Incertidumbre delclculo de la AGA

Report No. 8 DetailMethod


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Error de Z o Fpv versus Presin

Fpv=

1/Zb

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

PSIA 146.4 409.8 673.2 936.6

FPV Gs rico

(1239 BTU)

FPV Gs pobre

(1034 BTU)

1200

Fpv: antiguo factor de supercompresibilidad


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PdCm 21

1

4

2

4

Normas: ISO 5167 e AGA Report #3

P T

D

d

PLACA DE ORIFICIO

vD d

P


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Escoamento

Tomadas de presso do

tipo corner taps

Tomadas de presso do

tipo D e D/2

Tomadas de

presso do tipo

flange tapsPresso

sobre a

paredeinterna

do tubo

Perda de cargaefetiva

Plano da "vena

contracta"

TOMAS DE PRESIN


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Los Dispositivos basados en Placas

Orificio Deducen el Flujo midiendola Cada de Presin generada en laRestriccin

Placas de Orificio


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Dispositivos basados en Venturis

Los Dispositivos basados en Venturis /Toberas Deducen el Flujo midiendo laCada de Presin generada en laRestriccin

Venturis Toberas


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El AGA Report No. 3, Part 2 suministra las exigencias de laespecificacin y de la instalacin para la medicin de fluidos

Newtonianos monofsicos y homogneos utilizando sistemas de

medicin con placas de orificio concntrico con tomas de presin detipo flange taps.

El documento presenta las especificaciones para la construccin e

instalacin de placas de orificio, tubos de medicin y conexiones

asociadas.

La utilizacin de placas con tomas de presin del tipo pipe tapsest detallada en el AGA Report No. 3, Part 3.

PREFACIO


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El AGA Report No. 3, Part 2, 4th edition, 2000 trae alteraciones enlas tolerancias de especificaciones mecnicas en relacin a las

ediciones anteriores.

En particular, las exigencias en cuanto a los tramos rectos de

tubera fueron ampliadas.

Este cambio reduce la incertidumbre atribuible a los efectos de la

instalacin a una magnitud menor que la de la incertidumbre del

banco de datos en el cual se basa la ecuacin de Reader-Harris/Gallagher (RG), por lo tanto, no deberia afectar la

incertidumbre previamente definida para esta ecuacin.

REQUISITOS DE ESPECIFICACION E INSTALACION


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El documento no exige la actualizacin de instalaciones ya existentes.

La decisin sobre la actualizacin de las instalaciones existentes

es una decisin que corresponde a las partes involucradas.

Entretanto, si las instalaciones de medicin no fueran actualizadas,

pueden ocurrir errores de medicin debido al acondicionamiento

inadecuado del flujo en los tramos rectos de tubera aguas arriba.

ACTUALIZACION DE INSTALACIONES YA EXISTENTES


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La norma se basa en relaciones de dimetros (r) en el rangoentre 0.10 y 0.75

El uso de medidores en los extremos del rango de r debeevitarse siempre que sea posible

La incertidumbre mnima para el coeficiente de descarga Cd es

conseguida con r entre 0.2 y 0.6 y dimetros de orificios iguales omayores que 0,45 pulgadas

RELACION DE DIAMETROS r


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ELEMENTO PRIMARIO

El elemento primario se define como el conjunto

constitudo por la placa de orifcio, la porta-placa con

sus tomas de presin diferencial asociadas, el tubo demedicin, y el acondicionador de flujo, si es utilizado.


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44/99


45/99


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48/99


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Measurement of Gas by

Multipath Ultrasonic Meters

Transmission Measurement CommitteeReport No. 9

Copyright 1998 American Gas AssociationAl l Rights Reserved

Operating SectionAmerican Gas Assoc iat ion

1515 Wilson BoulevardAr lington, Vi rg in ia 22209

Catalog No. XQ9801

June 1998


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Principio de Operacin

Uno o mas pares de transductores

Trnsito alternado de seal de 100 (& 200) kHz

Medicin de la diferencia en el tiempo de trnsito

Cada par de transductores muestra varias veces/seg Determinacin de la velocidad del gas

Calcula el volumen a partir de la velocidad media

TransdutoresTransdutores


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Transmisin de Seal Ultra-snica

Medidores Ultrasnicos para Gas


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El MedidorUltrasnico Deduceel Flujo midiendo el

Tiempo de Trnsitodel Sonido entredos Transductores

Ti Tr

Medidores Ultrasnicos para Gas


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cosv+cL

=tj

t1

-t

1

cos2

L=v

mj

Travel Time Equations

Velocity Equation

cosvcL

=tm

Ecuaciones Bsicas Importantes



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R

r-1v=v(r)

n

1

max

drv(r)L

1=v

L

v(r)dSS

1=V

S

dLv(r)L1

dSv(r)S

1

=k

L

S

c

4

dv=Q

2

m

v = f k vm adjust c L

La expresin mas importante !!!



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Requisitos de un Medidor Ultra-snico

Cuerpo del medidor de alta calidad

Reloj de alta resolucin

Electrnica estable

Sistema de procesamiento de seales inteligente

Resultados de pruebas y calibraciones extensivas


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Ejemplo de Tiempo de Trnsito

Dimetro nominal del medidor= 12Longitud tpica del rayo = 0,70 m

Velocidad del sonido en GN = 387 m/s

Tiempo de trnsito para velocidad cero del gas =

Longitud / Velocidad del sonido =

0,70 / 387 = 0,0018 segundos


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Tempo de trnsito a montante: cosvc

L=Tm

Tm= (0,700) / (387 2 Cos 60) = 1,8093 10-3

Sec.

Diferena = 1,8065 10-3 1,8093*10-3= 2,753 10-6s !

Ejemplo de Tiempo de Trnsito

Tiempo de trnsito aguas arriba : cosvcLTj

(Velocidad del gas a 0,61 m/s )

Tj = ( 0,700 ) / (387 + 2 . Cos 60 ) = 1.8065 . 10 -3 Sec.


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Rayo Reflectivo nico(Medicin para control)

D R R fl ti


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Dos Rayos Reflectivos

(Transferencia de custodia)

Tres Rayos Reflectivos


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Tres Rayos Reflectivos


Combinacin Matricial de Cinco Rayos


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Combinacin Matricial de Cinco Rayos



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Aplicaciones de Medidores Ultra-snicos

Mediciones de transferencia de custodia

Plantas termoelctricas

Balance de gasoductos

Almacenamiento subterraneo

Control de compresores

Medicin offshore para pago de impuestos

Ventajas del Medidor Ultra-snico


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Ventajas del Medidor Ultra snico

Amplio rango de operacin (> 50:1)

No causa prdida de carga

Medicin de flujo bi-direccional

Exactitud elevada

Linealidad

Exento de partes mviles, bajo mantenimiento

Aplicable a gases sucjos y con algunos lquidos

Limitaciones Operacionales Tpicas


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Temperatura del gas: -30C +80C

Presin del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 psi g)

Contenido de CO2 inferior a 20%

Temperatura ambiente: -40C +60C

Nivel de H2S depende del transductor

Velocidades del gas hasta 30 m/s


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Requisitos Generales de Instalacin

10D aguas arriba recomendado

5D aguas abajo recomendado

Acondicionador de flujo opcional

Evitar vlvulas de control con dif >14 bar.

Calibracin contra medidor patrn opcional

Requisitos de Desempeo de AGA #9


71/99

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

-1,2

-1,4

-1,6

q min q t q max

Erro

[%]

Repetitividade0,4% (q i < q t )

Repetitividade: 0,2% (q iq t )

q t0,1q max

Erro max pico a pico: 0,7% (q iq t )

Leitura de zero < 12 mm/s (para cada feixe acstico)

Limite expandido do erro: +1,4%

(q i < q t)

Limite de erro para medidores

pequenos (12): +0,7%


grandes (>12): -0,7%


pequenos (


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Requisitos de AGA 9 para medidores < 12

Repetibilidad: 0,2% ( q t q i q max ) 0,4% ( q min q i q t )

Resolucin: 0,001 m/s

Intervalo de muestreo: 1 segundo

Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acstico

Error mximo: 1,0% ( q t q i q max ) 1,4% ( q min q i q t )

(Ver Fig. 1)

Error mximo pico a pico: 0,7 % ( q t q i q max ) (Ver Fig. 1)


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Requisitos de AGA 9 para medidores 12

Repetibilidad: 0,2% ( q t q i q max ) 0,4% ( q min q i q t )

Resolucin: 0,001 m/s

Intervalo de muestreo: 1 segundo

Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acstico

Error mximo: 0,7% ( q t q i q max ) 1,4% ( q min q i q t )

(Ver Fig. 1)

Error mximo pico a pico: 0,7 % ( q t q i q max ) (Ver Fig. 1)


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Capacidad de los Medidores Segn AGA #9

Dimenso

NominalQMin[ACFH]

Qt

[ACFH]

QMax

[ACFH]

Fundo de

escala[ACFH]

Faixa de

operao

3 800 1 500 18 500 24 000 12.3 / 23.2

4 900 2 000 32 000 40 000 16.0 / 35.6

6 1 000 3 000 72 000 90 000 24.0 / 72.0

8 1 200 3 500 125 000 150 000 35.7 / 104.2

10 2 000 4 000 200 000 240 000 50.0 / 100.012* 2 500 5 000 250 000 360 000 50.0 / 100.0

12 3 000 5 500 280 000 360 000 50.9 / 93.3

16 5 000 8 000 450 000 562 500 56.3 / 90.0

20 7 000 12 000 700 000 900 000 58.3 / 100.0

24 10 000 17 000 1 000 000 1 200 000 58.9 / 100.0

30 15 000 25 000 1 600 000 2 000 000 64.0 / 106.7

36 20 000 35 000 2 300 000 2 812 500 67.7 / 115.0

Calibracin de un medidor de 4


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4 Inch Meter Repeatability

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocity (fps)

Error(Per

cent)

Velocidade [ ft/s]

E

rrordeindic

acin[%]

REPETITIVIDADE

Calibracin de un medidor de 4


76/99

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Error(Percent)

Veloci ty (fps)

4 Inch Meter Performance

E

rrordeIndic

acin[%]

Velocidade [ ft/s]

DESEMPEO

Calibracin de diversos medidores de 8


77/99

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

0.7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Perce

ntError

Velocity (Feet per Second)Velocidad [ ft/s]

E

rrordeindic

acon[%]

Calibracin de varios medidores de 8 a 30


78/99

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

0.7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Perce

ntError

Velocity (Feet per Second)Velocidad [ f t/s]

Errordeind

icacin[%]


79/99


80/99

CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE MEDIDOR TIPO CORIOLIS


81/99

CONFIGURACION RECOMENDADA PARAINSTALACION DE MEDIDOR TIPO CORIOLIS


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MINIMIZANDO CAIDA DE PRESIN

Medidor Msico de Efecto Coriolis Gas


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El Medidor Msico Deduce la Masa del

Fluido midiendo las Fuerzas Coriolisgeneradas en sus Tubos vibratorios

Medidor Msico de Efecto Coriolis Liquidos


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Msico de

Efecto Coriolis

El Medidor MsicoDeduce la Masa

del Fluido midiendolas Fuerzas Coriolisgeneradas en sus

Tubos vibratorios

Medidor Msico de Efecto Coriolis Lquidos


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Salidas A y B en fase

TiempoAmplitud

Salida A

Salida B

TiempoAmplitud

Sin Flujo

Con Flujo

Medidor Msico de Efecto Coriolis Lquidos


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Msico deEfecto CoriolisVENTAJAS

Lecturas Msicas Directas

Provee otras VariablesBajo Mantenimiento

DESVENTAJASRequiere T y P para volumen std.Alta Cada de PresinLmitado Flujo Mximo

Sensible a Gas / Aire en la LneaSensible a la Forma de InstalacinPrecisin y Repetibilidad VariablesBaja inercia / Cero inestable

Desplazamiento Positivo Gas


87/99

El Medidor de DPmide el VolumenDirectamente

contando las

Revolucionesdel Rotor

CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS INHERENTES ALOS SISTEMAS DE MEDICIN Y REGULACIN EDRS


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Presentacin 6

Medidores de Liquidos Ing. Nelson Yaez

PRMS Y CITY GATES

Diversidad de Medidores Lquidos


89/99



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Tabla de Aplicacin DP / Turbinas

Viscosidad(

):Centipoise

1,000

300

100

30

10

3

1

0.3

0.1


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La Turbina Deduce el Flujo midiendola Velocidad del Rotor



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Re =2214 x Flujo (BPH)

Dimetro x Viscosidad(in) (cSt)

Vavg

Flujo Turbulento

o tipo Tapn

(Re > 10,000)

Bajas Viscosidades

Mayores Viscosidades

Flujo Laminar

(Re < 4,000)

Vmax

Vmax

Vavg

Q = Vavg x Asi A permanece constante

Q Vavgsi Vf = Vavg

Q Vrotor



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VENTAJASCosto InicialBajo MantenimientoManeja Altos Flujos

DESVENTAJAS- Maneja Bajas Viscosidades- Sensible a Cambios de Viscosidad

- Requiere Calibraciones Frecuentes- Requiere Flujo Turbulento- Requiere Acondicionadores de Flujo- Requiere Contrapresin Mnima

Turbina Convencional

T bi H li id l



94/99

Turbina Helicoidal

VENTAJASManeja Viscosidades Med.Maneja Altos FlujosMecanismo Interno en

Carcaza DobleBajo Mantenimiento

DESVENTAJAS

Las Mismas de otras TurbinasMenor ResolucinMs Costosa que la Turbina C.

Turbina Convencional



95/99

Turbina Convencionalvs. Helicoidal

Desplazamiento Positivo Liquidos


96/99

El Medidor de DPmide el VolumenDirectamente

contando lasRevolucionesdel Rotor

Lquidos



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Rodamientodel labe

Cmara de Medicin

Carcaza

del Medidor

Rotor

Levalabe

Recorrido delos labes

Lquido Bloque



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Desplazamiento

Deslizamiento

Tpicamente para un fluido de 2 cP,el 99,7% del producto es deplazadoy el 0,3% se desliza

Por arriba de 20 cP, practicamentetodo el producto es deplazadoy nada se desliza



99/99

VENTAJAS

Immune a cambios de ViscosidadExtremadamente EstableBaja Cada de PresinManeja Altas / Med. Viscosidades

Opera sin Alimentacin Externa

DESVENTAJASCosto InicialMuchas Partes MvilesSensible a Bolsas de Gas / Aire

Presentación 6 - Medidores de Gas Natural

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