Juan Pablo MelgarejoTomas DuarteMETROLOGIAVOLUMEN Y FLUJO

O B J E T I V O S:Definir la Metrologa de Volumen y de Flujo.Establecer las Incertidumbres que se presentan en cada caso.Presentar los instrumentos que se emplean en cada caso.Indicar el principio de funcionamiento de algunos de los equipos presentados.Mostrar la calibracin de un camin tanque para el transporte de combustible.

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V O L U M E N:Magnitud fsica que expresa la extensin de un cuerpo en tres dimensiones: largo, ancho y alto. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I) es el metro cbico (m3).Las aplicaciones sobre medicin de volumen son muy variadas: desde la medicin de volumen de hidrocarburos en procesos de transferencia de custodia hasta aplicaciones relacionadas con espectrofotometra de gases. En cuanto al alcance de medicin, existen necesidades de medicin desde algunos microlitros hasta la determinacin de volumen de recipientes de hasta millones de litros.

V O L U M E N:MENSURANDO:

En la calibracin de recipientes volumtricos, la magnitud sujeta a medicin es el volumen a la temperatura de referencia (20 C)

Ejemplos de mensurando: volumen de una pipeta de pistn, volumen de un matraz, volumen de un recipiente metlico con cuello graduado.

V O L U M E N:En esencia, la calibracin de un patrn volumtrico consiste en la determinacin del volumen que contiene, si su diseo es para contener, o bien del volumen del lquido que el patrn es capaz de entregar despus de un cierto tiempo de escurrimiento.Los patrones de referencia con capacidad menor que 50 L son calibrados normalmente por mtodos gravimtricos, mientras que los patrones de volumen mayor que 50 L son calibrados por mtodos de transferencia, usando patrones volumtricos de referencia.

La calibracin de los tanques verticales puede realizarse mediante cualquiera de los siguientes mtodos:

Medicin de dimetro por cintas flexibles (STRAPPING METHOD).Determinacin de dimetro por mtodo ptico (Mtodo de lnea de referencia y de triangulacin) Mtodos electro-pticos.Determinacin de volumen por medidor maestro.

T R A Z A B I L I D A D:Los patrones volumtricos son empleados normalmente como referencia para la calibracin de medidores de volumen o bien de su recipientes volumtricos de mayor capacidad. A su vez, son calibrados con patrones volumtricos de mejores caractersticas metrolgicas.

M T O D O G R A V I M T R ICO:Se determina la masa de agua destilada a partir de la diferencia del peso de la masa del recipiente vaco y el peso de la masa del recipiente con agua.Se registra la temperatura ambiental, temperatura del agua, presin atmosfrica y humedad relativa, para realizar la evaluacin del volumen a la temperatura de referencia. La densidad del agua destilada se conoce en funcin de la temperatura de la prueba.

El procedimiento de medicin aplicable al mtodo Gravimtrico se resume en los siguientes puntos:1. Limpieza del recipiente volumtrico que se pretende calibrar.2. Acondicionamiento a la temperatura de referencia del recipiente, de losequipos y del laboratorio donde se realiza la calibracin.3. Llenado con agua destilada y ajuste del menisco.4. Determinacin de la masa de agua.5. Registro de la temperatura del agua.6. Registro de condiciones ambientales.

7. Clculo de volumen.8. Resultados de la medicin y estimacin de incertidumbre.Nota 1: Para los instrumentos de pistn se exentan los puntos 1 y 3Nota 2: Los instrumentos graduados como son probetas, buretas y pipetas graduadas; as como las pipetas de pistn, se calibran en tres puntos que son: el volumen nominal, 50% del volumen nominal y el 10% del volumen nominal.

Descripcin de los equipos e instrumentos necesarios para realizar la calibracin de recipientes volumtricos por el mtodo gravimtrico:Adicionalmente se identifican aquellos instrumentos o equipos utilizados en la medicin o monitoreo de las magnitudes de influencia que influyen sobre la trazabilidad o la incertidumbre de las mediciones.

Balanza: Balanza con calibracin vigente por un laboratorio acreditado, y con una resolucin de al menos 1/10 de la tolerancia del instrumento. Para microvolmenes, la resolucin de la balanza deber estar de acuerdo con la norma ISO-8655-6 [14].

Termmetro: Termmetro para medir la temperatura del agua que debe contar con calibracin vigente por un laboratorio acreditado, y resolucin de 0,1 C o mejor. Para medir la temperatura del aire la resolucin puede ser hasta 1 C como mximo.Barmetro: El barmetro debe contar con calibracin vigente por un laboratorio acreditado, con una resolucin de 100 Pa mejor.Higrmetro: El higrmetro debe contar con calibracin vigente por un laboratorio acreditado, con una resolucin de 10 % mejor.

Descripcin de los equipos e instrumentos necesarios para realizar la calibracin de recipientes volumtricos por el mtodo gravimtrico:Agua: El agua utilizada en las calibraciones debe ser destilada o desionizada (grado 3) segn la norma ISO-3696.Instalaciones: Las instalaciones donde se realizan las mediciones deben contar con un sistema de control de temperatura adecuado, tal que garantice una estabilidad de temperatura de 0,5 C en una hora, cuando se calibran volmenes desde 1L y hasta 1,5L. Para volmenes de 5 L en adelante, la estabilidad de temperatura durante la calibracin deber ser de 1 C en dos horas. Las balanzas deben encontrarse situadas en un lugar libre de vibraciones y corrientes de aire.

Competencia tcnica del personal: El personal encargado de realizar las calibraciones deber contar por lo menos con un nivel acadmico tcnico, adems de tener conocimientos comprobables en: Metrologa Bsica, Vocabulario de Metrologa, Sistema Internacional de Unidades, Metrologa de Volumen, Estimacin de Incertidumbres y debe contar con experiencia comprobable mnimo de un ao y habilidad demostrada durante la evaluacin.

FOTOS:

FOTOS

I N C E R T I D U M B R E S:

I N C E R T I D U M B R E S:

F O R M U L A C I O N E S:Volumen Real a la temperatura de referencia (20C):

F O R M U L A C I O N E S:Incertidumbre del volumen:

F O R M U L A C I O N E S:

T R A Z A B I L I D A D:Carta de trazabilidad de las mediciones realizadas con una medida volumtricaque ha sido calibrada por el mtodo Gravimtrico, donde se muestra la trazabilidad hasta elpatrn internacional de masas mantenido en el BIPM.

Mtodos Volumtricos y Dimensionales:Trazabilidad en la Medicin de Volmenes de Lquidos:

La medicin de volmenes de hidrocarburos lquidos en modo esttico se realiza usando sistemas de medicin como:Tanques de Almacenamiento.Patrones Volumtricos.La medicin de volmenes en tanques verticales se realiza combinando la medicin de nivel del fluido con los resultados de calibracin del tanque vertical, expresado mediante lo que se conoce como tabla de calibracin.

La medicin de nivel se puede realizar por cualquiera de los siguientes mtodos:Medicin Manual, con cinta;Medicin por ultrasonido;Medicin por Radar;Medicin por diferencia de presin y;Medicin por flotadores.Cualquiera que sea el mtodo de medicin de nivel, su calibracin deber considerar como patrn de referencia un patrn para medicin de longitud, bien puede ser una cinta flexible.La calibracin de los tanques verticales puede realizarse mediante cualquiera de los siguientes mtodos:Medicin de dimetro por cintas flexibles (STRAPPING METHOD).Determinacin de dimetro por mtodo ptico (Mtodo de lnea de referencia y de triangulacin).Mtodos electro-pticos.Determinacin de volumen por medidor maestro.

Los primeros tres mtodos requieren trazabilidad hacia el patrn nacional de longitud; es decir, en cualquier momento tanto las cintas flexibles como los sistemas pticos tienen que ser comparados contra algn sistema de referencia ligado al Patrn Nacional de Longitud; mientras que el ltimo de los mtodos implica trazabilidad al Patrn Nacional de Volumen a travs de la calibracin del medidor (posiblemente un medidor del tipo de desplazamiento positivo) contra un Patrn Volumtrico de Referencia.

F L U J O:La magnitud a medir es el caudal. Para ello existen diversos mtodos y equipos llamados medidores. Estos medidores se clasifican en medidores volumtricos y msicos, teniendo en cuenta que ambos pueden servir para la misma aplicacin, ya que el volumen y la masa son proporcionales entre s.El principio de funcionamiento es el fenmeno fsico en que se basa el medidor, y es una caracterstica de diseo. Para los medidores de caudal volumtricos, los principales sistemas son presin diferencial, rea variable, velocidad, tensin inducida, desplazamiento positivo y vrtice. Para los msicos se deben destacar el sistema trmico y el sistema basado en la fuerza de Coriolis.

PATRONES DE FLUJO Y SU TRAZABILIDAD:A continuacin se exponen algunos ejemplos de patrones empleados en los institutos de metrologa y su trazabilidad:

Patrn de Flujo Volumtrico de Lquidos (de 0,04 L/min a 40 L/min):Unidad: L/minReproduccin: el patrn de flujo de lquidos se fundamenta en el principio de desplazamiento positivo, tcnica volumtrica. Esta tcnica se explicar ms adelante.Incertidumbre expandida: 1,5.10-3 (k=2) (de la Cenam).

Principio de desplazamiento positivoLa medicin se basa en el movimiento de un pistn dentro de un cilindro de acero inoxidable con un rea de seccin transversal conocida. El pistn actuado neumticamente desplaza el fluido de prueba (cualquier lquido compatible con el material del sistema) hacia el instrumento a calibrar. El desplazamiento del pistn se mide con un codificador lineal.Empleando una computadora personal, programada para colectar la seal de salida de pulsos generada por el codificador lineal y el tiempo requerido por el desplazamiento del pistn, se determina el flujo volumtrico. Este flujo se compara con la indicacin del medidor de flujo a calibrar.

PATRONES DE FLUJO Y SU TRAZABILIDAD:Patrn para Flujo de Lquidos (de 40 L/min a 12 000 L/min):

Unidad: kg/s, m3/s, L/minReproduccin: el patrn nacional para flujo de lquidos se fundamenta en el pesado esttico de la masa colectada de lquido, la cantidad de lquido colectada por unidad de tiempo es determinada gravimtricamente para obtener el flujo msico. El flujo volumtrico que pasa a travs de un rea de seccin transversal en un intervalo de tiempo definido se determina mediante la densidad del lquido.Incertidumbre expandida: 5.10-4 en masa y 1,2.10-3 en volumen (k=2).

PATRONES DE FLUJO Y SU TRAZABILIDAD:Patrn de Flujo Volumtrico de Gas (de 0,05 L/min a 50 L/min):

Unidad: m/s, cm/min, L/min, kg/sReproduccin: el patrn nacional de flujo de gas tipo pistn es un equipo de desplazamiento positivo. Su principio de funcionamiento se basa en la determinacin conjunta del volumen de aire desplazado por el pistn y el tiempo en el cual se realiza dicho desplazamiento de volumen.Incertidumbre expandida: 3.10-3 (k=2).Estos valores se alcanzan empleando dos cilindros de vidrio. El cilindro pequeo, con dimetro de 38,12mm cubre un alcance de 0,05 L/min hasta 0,8 L/min, mientras que en el cilindro grande cuyo dimetro es de 152,4mm se logra medir flujos desde 0,8 L/min hasta 50 L/min.

PATRONES DE FLUJO Y SU TRAZABILIDAD:Patrn de Flujo Volumtrico de Gas (de 50 L/min a 710 L/min y 710 L/min a 2,840 L/min):

Unidad: m/s, cm/min, L/min, kg/sReproduccin: el patrn nacional de flujo de gas tipo campana es un equipo de desplazamiento positivo. Su principio de funcionamiento se basa en la determinacin conjunta del volumen de aire desplazado en la parte interna de un cilindro invertido (campana) y el tiempo en el cual se realiza dicho desplazamiento de volumen.Incertidumbre expandida: 3.10-3 (k=2).Para alcanzar estos valores se emplean dos equipos. La campana FTBP-5, cuyo volumen es de aproximadamente 140L, tiene un alcance de medicin de 50 L/min hasta 710 L/min, y la campana FTBP-20 con un volumen del tanque de aproximadamente 560L, tiene un alcance de medicin de 710 L/min a 2 840 L/min.

ALGUNOS TIPOS DE MEDIDORES:PRESIN DIFERENCIAL

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

REA VARIABLE (ROTMETROS):

SENSOR DE CAUDAL CON RUEDAS DE PALETA

ULTRASNICOS

CORIOLIS

F L U J O:Trazabilidad en la mediciones dinmicas de volumen de hidrocarburos lquidos:

El calificativo de mediciones dinmicas se establece debido a que el elemento que se usa para medir el volumen se instala en una tubera a travs de la cual el fluido circula. La medicin de volumen se realiza al tiempo que el fluido pasa a travs del medidor.Hoy en da, los principales tipos de medidores que son empleados por la industria petrolera para este propsito son:Tipo TurbinaDe desplazamiento positivoCoriolisUltrasnicosPlacas de orificio.

Trazabilidad de medidores de flujo

Factores importantes a tener en cuenta para la trazabilidadCambios de temperatura, de presin, de densidad, de viscosidad.Inestabilidad de los dispositivos de control de flujo.Presencia de partculas.Daos por corrosin.Efectos de instalacin.Prdidas de configuracin en los sistemas de procesamiento de datos.Fugas en vlvulas de seccionamiento.Desgaste prematuro.Cavitacin.Presencia de aire en los sistemas de medicin de hidrocarburos lquidos.Ruido electromagntico.Vibraciones mecnicas.Pulsaciones inducidas en el fluido.

UTILIDADES SEGN TIPO DE MEDIDOR:

Criterios de Seleccin:

MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO:Miden el volumen de fluido que ha pasado a su travs al discretizarlo en volmenes finitos. Puesto que estos medidores no cuentan con una base de tiempo, entonces no son empleados para la medicin del flujo, sino para cuantificar el volumen de fluido.El funcionamiento del medidor mejora a medida que la viscosidad del producto se incrementa. Esto se debe a que las fugas o deslizamientos del lquido en la cmara de medicin se disminuyen considerablemente con el aumento de la viscosidad.

Ventajas y Desventajas de un Medidor del Tipo D.P:DESVENTAJAS

VENTAJAS

Medidor Tipo Turbina:Dos suposiciones bsicas:Conociendo la velocidad promedio del fluido, se puede determinar el flujo.Si el rea transversal permanece constante:

Conociendo la velocidad rotacional del rotor, se puede determinar la velocidad del fluido.Si la velocidad rotacional del rotor representa la velocidad promedio del fluido.

Ventajas y Desventajas de un Medidor Tipo Turbina:VENTAJAS:

Buena repetibilidad;Comportamiento casi lineal;Pequea y ligera;Alta resolucin por pulsos;Relativamente econmica en su adquisicin;Buen comportamiento para la medicin de hidrocarburos ;Bien conocida y aceptada para la transferencia de custodia.DESVENTAJAS:

En ocasiones presenta una reproducibilidad pobre;Requiere calibraciones peridicas;Se ve afectada por la viscosidad y la densidad;Susceptible a depsitos;Resulta difcil la medicin de lquidos con alta viscosidad;Se ve afectada por la instalacin hidrulica; Requiere una buena filtracin;Puede daarse con fluidos bifsicos (lquido y gas).

Qu es lo que queremos de un medidor?.

RECOMENDACIONES DE ACONDICIONAMIENTO DEL FLUJO:

Cuidados en la Operacin:

MEDICION DE UN TANQUE CISTERNA

Se recepciona al camin cisterna en la plataforma de verificacin.Obs: esta debe ser suficientemente plana para evitar errores en la medicin.Para que pueda llevarse a cabo la verificacin de la unidad, la misma debe entrar al puerto totalmente desgasificada, o descontaminada, debido a que las presencia de los gases dentro del tanque pueden generar mayores errores en los mediciones, principalmente por la seguridad del puesto y la unidad misma.

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Elementos de medicin

-cinta pistn-cinta mtrica-llaves-dispositivo de Z-la base del reglamento (Resolucin n 563/2008)

Se procede a medir las alturas de la posicin del tanque con relacin al suelo.Referencias D, E y C (en la hoja de toma de datos)Tambin es necesario verificar la presin de los neumticos as como las dimensiones de los neumticos.

Se mide altura espacio total de cada compartimiento.Referencia altura espacio total

Mesa de medicin plana de referencia a partir de la cual se toma la medida de altura espacio total de cada compartimiento.

Se procede a cargar a cada compartimiento con agua que son vertidos a partir de las unidades patrones.Son dos patrones de 1000 L de capacidad, cada uno (los de los extremos) y en el medio es uno de capacidad de 200 L con divisiones de 5L.

Luego se espera completar la carga de cada compartimiento a fin de determinar la altura de espacio lleno ocupado por el producto y el cual a esa altura se materializa en funcin de la altura del volumen y que va indicado en el dispositivo de referencia.Para tener un control del volumen teniendo en cuenta alguna referencia, es donde se tiene en cuenta la importancia de la Z( dispositivo de referencia), pues a travs de la misma es donde se materializa el producto para diferentes niveles de llenado para cada compartimiento

Una vez completada la carga se procede a medir con la regla de medicin la altura de espacio vaci y se compara dicha medida con la medida a la cual esta sujeta el dispositivo de referencia (Z)

Una vez realizada las mediciones respectivamente y siempre que el dispositivo de referencia no tenga que ser ajustado se coloca de vuelta la tapa de boca de hombre, para posteriormente puedan ser colocados los precintos de seguridad del metal-plomo.El nivel de llenado, se puede realizar varias, en el paraguay solo se puede hacer hasta 3, en el brasil hasta 5 mediciones.Mientras los documentos se procesan se procede a precintar las Boca Hombre con precintas de metal.

Informaciones generales y tipos de tanque.

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