Curso AADECA 2008Instrumentación Industrial

Caudal Capítulo 02

Instrumentos basados en Desplazamiento Positivo

y Presión Diferencial

Ing. Eduardo Néstor Álvarez

Desplazamiento Positivo Historia

El profesor Daniel Schwenter en su “Delicias Físico Matemáticas” (1636) presenta una bomba de desplazamiento positivo para el funcionamiento de fuentes en jardines. (E+H Flow Handbook)

Desplazamiento PositivoRecordemos que alcanzan hasta un 0.1% de incertidumbre mínima lo que los hace útiles en aplicaciones con exigencia de exactitud , por ejemplo facturación , Custody Transfer Operations.

Desplazamiento de volumen de fluído en cámaras.

El caudal se deduce del número de rpm y el volumen

de la cámara. Q = Vc .Z. Nrpm

El volumen total será el volumen de la cámara por el numero de cámaras usadas en cada revolución por el número total de revoluciones. (Totalizado)

Desplazamiento Positivo

Limitados en tamaño y por ende lo es el caudal que manejan, respecto de otras tecnologías.

Por su sistema mecánico son en general

unidireccionales.

Desplazamiento PositivoLos en flujo de líquidos los gases y partículas disminuyen la exactitud (Filtrado, Purgado).

El fluído debe ser limpio , sin partículas

solidas que destruyen el mecanismo.

Desplazamiento Positivo

En casos trabajan tomando la energía del medio que miden.

Llegan a una Rangeability de 40 : 1 y pueden superar esta característica ampliamente.

Desplazamiento Positivo

En este caso mejora la exactitutd con la viscosidad.Usados en Petroquímicas, transvase de combustibles estaciones de servicio, medidores de gas domiciliario, como Master en sistemas de calibración.

Desplazamiento Positivo

Tipicas velocidades 2 m/segEn general por la mecánica interna

provocan pulsaciones en el caudal.

Desplazamiento Positivo

Los diámetros nominales deben ser mas grandes que para otros métodos para el mismo caudal.

Se corre el riesgo de que se traben por congelamiento si se usan a la intemperie

Desplazamiento Positivo

Tienen una tendencia a mayor precio para manejar el mismo caudal respecto a otras tecnologías.

característicasGroup Type Linearity (%) Repeatibility (%) Rangeability Pressure Drop at

Maximum Flow1Flow ParameterMeasured

Response Time

1 OrificeVenturiNozzle

###

###

3 or 4:13 or 4:13 or 4:1

3/422/3

RRR

###

2 Variable AreaTargetAveraging PitotSonic Nozzle

±1% FS to ±5% FSNS#±0.25%

±0.5% FS to ±1% FSNS±0.05% R to ±0.2% R±0.1%

10:13:1#100:1

331/23/4

RRVmR

No dataNS#NS

3 Sliding VaneOval GearRotary PistonGas DiaphragmRotary Gas

±0.1 R to ±0.3% R±0.25% R±0.5 R to ±1% RNo data±1%

±0.01% R to ±0.05% R±0.05% R to ±0.1% R±0.2% RNo data±0.2% R

10 to 20:1

10 to 250:1100:125:1

4/544/522

TTTTT

>0.5s>0.5s>0.5s>0.5s>0.5s

4 TurbinePeltonMechanical MeterInsertion Turbine

±0.15 R to 1% R±0.25 R to ±0.2% RNo data±0.25 R to ±5% R

±0.02 R to ±0.5% R±0.1 R to ±0.25% R±1% FS±0.1 R to ±2% R

5 to 10:14 to 10:110 to 280:110 to 40:1

3431/2

RRRVP

5 ms to 25 ms5 ms to 25 ms50 ms5 ms to 25 ms

5 VortexSwirlmeterInsertion Vortex

±1% R<±2% R±2%

±0.1 R to ±1% RNS±0.1% R

4 to 40:110 to 30:115 to 30:1

331

RRVP

0.5 s minimumNS5 ms

6 ElectromagneticInsertion Electromagnetic

±0.5% R to ±1% R

±2.5% R to ±4% R

±0.1% R to ±0.2%

FS

10 to 100:1

10:1

1

1

R

VP

>0.2 s

NS7 Doppler

Transit TimeNo data±0.1 R to ±1% R

±0.2% FS±0.2% R to ±1% FS

5 to 25:110 to 300:1

11

vMRR

0.02 s to 120 s

8 CoriolisTwin Rotor

NSNo data

±0.1 R to ±0.25% RNo data

10 to 100:110 to 20:1

2/53/4

RR

0.1 s to 3600 s50 ms

9 AnemometerThermal Mass

No data±0.5 FS to ±2% FS

±0.2% FS±0.2% FS to ±1% R

10 to 40:110 to 500:1

22

VPR

No data0.12 s to 7 s

10 TracerLaser

No dataNo data

No data±0.5% R

Up to 1000:1Up to 2500:1

11

VMVP

No dataNo data

R is the flow rateT is the volume flowVM is the mean velocity

VP is the point velocity% R is the percentage flow rate% FS is the percentage full scale

NS indicates not specified# is dependent on differential pressure measurement

1 1 is low 5 is high

Desplazamiento Positivo

Fluído Entrante

Fluído SalienteFluído neutral

Caudalímetro de Pistón rotante

Desplazamiento Positivo Principio de funcionamiento otras variantes

Desplazamiento Positivo

Múltiples Paletas

Medidor de Paletas

Medidor de Lóbulos

Medidor de lóbulos Dentados

Lóbulos Dentados (Red)

Medidor de Lóbulos Dentados (Conar)

imanes

Oval gear meters Características de Selección

recomendaciones de un fabricante

Ideal for: Viscous fluids Process control High Pressure High accuracy0.001-500 L/Min (ese fabricante)

Medidor Volumétrico de Disco oscilanteContador mecánicoSalida pulsosIndicador digital

Br. Schillig

Medidor de Diafragmas

Medidor de Diafragmas

Medidor de Engranajes y tornillos E&H

Instrumentos basados en Presión Diferencial

Placa Orificio

Venturi

Pitot

Tobera

Codo

Porqué Medir con Transmisores DP

Interfase con

El proceso

Puramente mecánica:

robusta confiable

Deltabar S (Endress)

Transmisores e altatecnología Excelente performance

Soluciones en Bus de CampoO analogico mas hart Celda cerámica auto

diagnóstico

No 1 principio para caudal mundial

Para Cualquierfluido

Principio perfecto paraVapor ,gas o Líquido.Altamente probado

Es universal

no solo dP Caudaltambién dP Nively „puro“ dP( bombas,..)

reducción de costosde costo de almacena-miento y entrenamiento,

dP

Normalizados desde1929

muy difundidosaltamente aceptados

Confiables: datos independientes del fabricante

§ ISO / DIN

Primario Fácil de Cambiar

cambio sininterrumpir el proceso

Cambiando el Transmisor : se modernizaLa medición con poco gasto

dP

Comparación de La recuperación de Presión de los distintos Medidores por DP.

Placa orificio (Líquidos y Gases)Incertidumbre: +/- 1,00 % (0.86 %)Rango de Caudales: 3 a 1

(Gases AGA Reporte Nro. 3 / API MPM Capítulo 14.3 / ISO 5167)

ISO 5167 1980 Medida de flujos mediante Placas-Orificio, Toberas, Tubos Venturi, insertados en tubos de sección circular.

Placa Orificio, Tipos de

borde

Placa Orificio, segmental orificio excéntrico

Placa Orificio

Placa Orificio, Vena Contracta

Tomas en Brida ISO 5167

ISO 5167

Corner tap

Tomas mediante Ranura Anular

Superior corner tap una sola

pieza DIN 19205

Inf. Corner tap dos piezas DIN 19205

Placa Orificio

Tomas Anulares Tomas individuales

Ubicación de las Tomas para Placa orificio

Tipos de Tomas

en caño ISO 5167

ReductorCodo 2 x 90*3 dimensiones

Codo 2 x 90*

Codo 90*

Salida

Válvula de estrangulación

Brida

EntradaSalida

Entrada

Recomendaciones Instalacion Placa orificio.

Distancias a la Placa Orificio

Distancia del codo con enderezador de flujo es un medio para recortar el largo recto de cañería a la mitad aproximadamente.

Los obstáculos modifican la distribución del flujo por loQue provocan mediciones poco precisas

Recomendaciones Instalacion Placa orificio Tubos universales Placas intercambiables Std.

Conjuntos de tubos Enderezadores de Vena Permiten Acortar las distancias aguas arriba.

En gases:

AGA 3 - 2000 solo acepta

19 tubos concéntricos de igual tamaño

AGA 3 - 2000 no acepta

Diseño con bandas laterales de terminación

19 tubos de diseño exagonal

7 tubos concéntricos

Placa enderezadora (mas simple)

Transmisor Multi-Variable (Inteligente)

Mide todas las variables necesariaspara la compensacion de flujoUsa las mismas tomas para presiónestática y DPIntegra RTD/Temp. Si se conecta por bus de campopuede usar los mismos cablespara transferir a voluntad lasvariables:Presión DiferencialPresión (absoluta o manométrica)TemperaturaFlujo de gas compensado

Distancias a la Placa Orificio

Factor de Correcion por Nro de Reynolds

Corrección por Compresibilidad

Toberas (cortesía endress)

Tomas individuales Tomas anulares

Tobera de Radio Largo

Tobera ISA

Venturi (cortesía endress)

Diseño de un Venturi

Tubo Pitot Cortesía Endress

dP = Pdyn ~ v2 ~ q2

Tubo Pitot Cortesía Endress

qv = K 2 Δp 1/ρqv = K 2 Δp 1/ρ

Tubo Pitot

Tubo Annubar

Alta PerformanceAnnubar + Transmisor de Presión

resultando un caudalímetro con ± 0.90% del caudal medido.

Tubo pitot promedio de cuatro

tomas

Medidor de Cuña

Medidor de Cuña

Cono (V Cone)Se intercala en el centro de la cañería un cono que reduce la sección provocando el efecto de generación de presión diferencial.

Tiene las ventajas de los métodos PD y además:

Necesita menos diámetros rectos aguas arriba pues el mismo cono acondiciona el flujo.

Precisión de 0,5%.

Rangeabilidad de 10:1

Cono (V- Cone) AnularAcondiciona el caudal por su forma.

Disminuye el Area por lo que tenemos un beta equivalente.

No tenemos la normalización detallada que tienen las placas orificio.

AnularAcondiciona el caudal por su forma.

No tenemos la normalización detallada que tienen las placas orificio.

CodoNo tenemos la normalización detallada que tienen las placas orificio. Las diferencias de presión pueden ser insuficientes para la medición si los diámetros y velocidades son pequeñas.

MontajeLiquido de Sellado liviano respecto del flujo

Montaje

Liquido de Sellado pesado respecto del

flujoPrinciples and Practice

of

Flow Meter Engineering

L.K.Spink

The Foxboro Company