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8/16/2019 eqipo karla trabajo.pdf

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INSTITUTO TECNOLOGICOSUPERIOR DE VILLA LA VENTA

INGENIERIA PETROLERA

TIPOS DE MEDIDORES

6TO SEMESTREGRUPO “R”

ALUMNOS:

KARLA ROCIO SARMIENTO ISLAS

LORENA MONTEJO CANDELERO

WILBER RAMIREZ VENTURA

CITLALI ANAHI VELAZQUEZ ESCOBEDO

MATERIA:

FLUJO MULTIFASICO

FACILITADOR:

ING. VICTOR HUGO JIMENEZ HERNANDEZ

FECHA: 14/MARZO/16 CIUDAD LA VENTA, TABASCO


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ONTENI O

INTRODUCCION .......................................................................................................................... 4

I GENERALIZACIÓN .................................................................................................................... 5

II OBJETIVO GENRAL ................................................................................................................. 5

TIPOS DE MEDIDORES .............................................................................................................. 6

1.1 PRINCIPIOS GENERALES ................................................................................................ 6

2.1 FLUJÓMETROS VOLUMÉTRICOS. ...................................................................................... 7

2.1.1 CALIBRACIÓN DE FLUJO VOLUMÉTRICO ................................................................. 8

2.1.2 FLUJÓMETROS DE VELOCIDAD................................................................................ 10

2.1.3 MEDICIÓN DE FLUJO INFERENCIAL. ....................................................................... 14

2.1.4 FLUJÓMETROS DE MASA. .......................................................................................... 17

3.1 MEDICIÓN DE FLUJO. ........................................................................................................ 18

3.1.1 PRINCIPIOS GENERALES. .......................................................................................... 18

4.1 TIPOS DE FLUJÓMETROS ................................................................................................. 19

4.1.1 FLUJÓMETROS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO ............................................... 19

4.1.2 METROS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE GAS: ............................................ 20

4.1.3 FLUJÓMETROS DE VELOCIDAD. .............................................................................. 21

CONCLUSION ............................................................................................................................. 31

REFERENCIAS ........................................................................................................................... 32


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TABLA DE ILUSTRACIONES

ILUSTRACIÓN 1 FLUJOS DE INTRODUCCION .......................................................... ................. 4

ILUSTRACIÓN 2 TANQUE PARA IA CALIBRACIÓN DE UN MEDIDOR DE FLUJO POR

SISTEMA VOLUMÉTRICO ................................................................ .................................................. 9

ILUSTRACIÓN 3 CAUDALIMETRO .......................................................... .....................................10

ILUSTRACIÓN 4 VORTEX ................................................................................................................12

ILUSTRACIÓN 5 TURBINA PARA LIQUIDOS ...........................................................................21

ILUSTRACIÓN 6 VORTEX ................................................................................................................23

ILUSTRACIÓN 7 ULTRASONICO .............................................................. .....................................24

ILUSTRACIÓN 8 MEDICON DE FLIJO DIFERENCIAL ........................................................ ....25

ILUSTRACIÓN 9 AREA VARIABLE ...............................................................................................27

ILUSTRACIÓN 10 FLUJOMETRO ..................................................................................................28

ILUSTRACIÓN 11 MEDIDORES .....................................................................................................29

ILUSTRACIÓN 12 WATMETER .....................................................................................................30

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INTRODUCCION

En Ia industria petrolera se conoce como “medición multifásica” al proceso de

determinar los volúmenes de aceite, gas y agua congénita producidos por un pozo o

un grupo de pozos (corriente de flujo), sin necesidad de separarlos previamente.

Los medidores multifásicos pueden proveer un monitoreo eventual o continuo del

comportamiento de los pozos y de este modo, tener una mejor explotación de losyacimientos.

Ilustración 1 flujos de introduccion


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I GENERALIZACIÓN

EI flujo ascendente a través de espacios anulares se presenta en distintasaplicaciones no solo en el mundo del petróleo, de manera contradictoria, losesfuerzos de investigación y el número de estudios encontrados en Ia literaturano concuerdan con Ia cantidad de usos industriales que se le pueden dar. En elpasado, el interés de Ia industria petrolera sobre éste tema fue restringido alestudio de algunos pozos de alta productividad con producción a través deespacio anular TR-TP y algunos otros con bombeo mecánico.

II OBJETIVO GENRAL

El entendimiento de los fenómenos que ocurren durante el flujo multifásicoen tuberías es de suma importancia, debido a Ia gran cantidad de aplicacionesque tiene en Ia industria petrolera, a pesar de ésto, Ia forma común de abordarlos problemas de flujo multifásico no es del todo satisfactoria ya que no setoman en cuenta muchos de los fenómenos físicos que ocurren durante el flujode dos fases, si a ésto le sumamos Ia ocurrencia en un espacio anular, Iacomplejidad aumentara en gran medida.


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TIPOS DE MEDIDORES

1.1 PRINCIPIOS GENERALES

1.1.1 Densidad

Se denomina densidad a Ia relación que existe entre Ia masa de una sustanciacualquiera y el volumen que ocupa, se expresa con Ia siguiente ecuación.

1.1.2 Viscosidad

La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos que está ligada a Iaresistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se somete auna fuerza de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el comportamientoentre fluidos y sólidos. Además los fluidos pueden ser en general clasificados deacuerdo a Ia relación que exista entre el esfuerzo de corte aplicado y Ia velocidad dedeformación. Existen dos tipos de viscosidad, los cuales se explican a continuación.

> La viscosidad dinámica o absoluta (p) se define como Ia relación entre Ia fuerza yel gradiente de velocidad con que una capa de fluido se desplaza con respecto a una

superficie fija. En Ia práctica corresponde a Ia resistencia de un líquido a Iadeformación mecánica.

> La viscosidad cinemática (V), relaciona Ia viscosidad dinámica con Ia densidad delfluido utilizado.

1.1.3 Presión

Es importante Ia diferencia entre como actúa Ia fuerza sobre un fluido y como lohace sobre un sólido. Puesto que el sólido es un cuerpo rígido, puede soportar quese le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma. Por otra parte unlíquido puede soportar una fuerza únicamente en una superficie o frontera cerrada.Si el fluido no está restringido en su movimiento empezará a fluir bajo el efecto delesfuerzo cortante, en lugar de deformarse elásticamente. La presión se define comoIa acción que ejerce una fuerza sobre un área determinada (ecuación 1-8), los fluidosejercen presión en todas direcciones.


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1.1.4 Presión de vapor

Las sustancias puras pueden pasar por Ias cuatro fases, desde sólido hasta plasma,según Ias condiciones de presión y temperatura a que estén sometidas.Seacostumbra designar líquidos a aquellas sustancias que bajo Ias condicionesnormales de presión y temperatura en que se encuentran en Ia naturaleza están endicho estado de agregación. Cuando a un líquido se le disminuye Ia presión a Ia queestá sometido hasta llegar al grado en el que comienza a ebullir, se dice que

alcanzado Ia presión de vapor, esta presión depende de Ia temperatura. Así porejemplo, para el agua a loot, Ia presión es de 101 325 Pa, que equivale a unaatmósfera normal.

Existen diversas ecuaciones para calcular Ia presión de vapor del agua, Ia ecuaciónl-10 es Ia que utiliza el CENAM para el cálculo de Ia presión de vapor del agua, en Iacual t está en Kelvin [3].

2.1 FLUJÓMETROS VOLUMÉTRICOS.

La calibración de los medidores de flujo consiste en Ia comparación de Ias señales de salidade un instrumento en particular contra un patrón de incertidumbre conocida, esta requiereuna medición de flujo con máxima exactitud, usualmente con sistemas que colectan el flujototal de fluido durante un intervalo de tiempo medido. Este flujo es convencionalmentemedido volumétricamente o gravimetricamente, Ia medición o cálculo de Ia densidad es

frecuentemente requerida en ambos casos.

Para medir el flujo de líquidos para calibración se requieren instrumentos para medir masa,tiempo, longitud y temperatura muy exactos y con incertidumbre conocida. Lasincertidumbres implicadas en mediciones de flujo de fluidos resultan del tipo deinstalaciones y procedimientos utilizados en Ia calibración. Estas incertidumbres se debena Ia falta de habilidad para:

Establecer y mantener un flujo estable.

> Procedimiento de medición de flujo.

> Separar Ia imprecisión debida a Ia estabilidad de flujo de Ia imprecisión del patrón decalibración de flujo.


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> Determinar y establecer de forma pertinente Ias propiedades de los fluidos.

> Suprimir completamente perturbaciones sistemáticas de flujo.

2.1.1 CALIBRACIÓN DE FLUJO VOLUMÉTRICO

Puesto que un líquido puede ser contenido dentro de un recipiente abierto, uno de losmétodos más convenientes para Ia calibración de medidores de flujo de líquidos es elempleo de patrones volumétricos calibrados, este método es

Utilizado en muchos laboratorios del mundo. Los instrumentos y el equipo que se requierenpara Ia calibración son.

> Medida volumétrica cuya capacidad debe ser igual o mayor al volumen colectado al flujomáximo del medidor en un minuto.

> Sensores de temperatura instalados en Ia medida volumétrica y en Ia línea, lo más cercanoal medidor de flujo con resolución de 0.1 °C o mejor. Incertidumbre en Ia medición detemperatura ± 0.2 oc o mejor.

> Sensor de presión con una incertidumbre en Ia medición de ± 0.05 MPa o mejor. Enalgunas mediciones de hidrocarburos recomiendan una incertidumbre de ± 0.025 MPa omejor.

> Cronómetro con resolución de 0.01 s.

Para realizar Ia calibración de forma correcta y confiable se deben tener en cuenta Iassiguientes consideraciones:

> El medidor de flujo debe de ser calibrado con el líquido o líquidos a emplear.

> El medidor de flujo debe ser instalado de acuerdo a Ias instrucciones del fabricante.

> No debe existir vibración o pulsaciones que puedan afectar el comportamiento delmedidor de flujo.

> El número de valores de flujo seleccionados debe estar entre 2 y 5 flujos diferentes dentrodel alcance del medidor.

El procedimiento general para Ia calibración de medidores de flujo empleando una medidavolumétrica se describe a continuación.

1. Nivelar Ia medida volumétrica.

2. Corridas de ambientación con el objeto de estabilizar Ias condiciones de pruebatanto dei medidor de flujo como de Ia medida volumétrica a emplear.

3. Verificar Ia instalación por fugas.


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2.1.2 FLUJÓMETROS DE VELOCIDAD.

Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gastovolumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelencolocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarsemedidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros.

Existen versiones mecánicas y eléctricas. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lopodemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan paradeterminar el caudal que está circulando o en las lavadoras para llenar su tanque adiferentes niveles.

Un hidrómetro permite medir el caudal, la velocidad o la fuerza de los líquidos quese encuentran en movimiento, dependiendo de la graduación y aplicación de estemismo.

Evítese la confusión con el término utilizado en inglés hydrometer como equivalentea lo que en español es un densímetro, esto es, un instrumento que sirve para medirla densidad de los líquidos.

Tipos de caudalímetros

Caudalímetro de área variable (rotámetro).

Mecánicos visuales (de área variable) (rotámetros)

Se trata de un cono transparente invertido con una bola plástica en subase. El fluido al circular impulsa la bola hacia arriba, a mayor caudalmás sube la bola. La gravedad hace bajar la bola al detenerse el flujo. Elcono tiene unas marcas que indican el caudal.

Generalmente empleado para medir gases en lugares donde se

requiere conocer el caudal con poca precisión. Un ejemplo lopodemos ver en los hospitales, unidos de la llave del suministro de

oxígeno.

Una modificación de este modelo permite medir la capacidad pulmonar de unapersona que haya sufrido alguna lesión recogiendo una exhalación a través de unadaptador para los labios.

Mecánico de molino

Consisten en un molino cuyas aspas están transversales a la circulación de fluido. Elflujo hace girar el molino cuyo eje mueve un contador que acumula lecturas.

Ilustración 3

Caudalimetro

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Un ejemplo de este uso son los contadores de agua de las viviendas o los antiguoscontadores de gas natural.

Electrónicos de molino

Sus partes mecánicas consisten en un molino con aspas transversales a la circulaciónde flujo, el molino tiene en un extremo un imán permanente. Cuando este imán giragenera un campo magnético variable que es leído por un sensor de efecto de campomagnético (sensor de efecto Hall), después el circuito electrónico lo convierte enpulsos que transmite a través de un cable.

En otra versión de este tipo de caudalímetro se instalan imanes en los extremos delas aspas. Al girar los imanes pasan cerca de un reed switch que cuenta los pulsos. Ladesventaja de este diseño está en la limitación de las revoluciones por minuto (RPM)que puede alcanzar a leer un reed switch.

También existe de tipo de caudalímetro de molino en versión transparente dondesolo se requiera confirmar que existe circulación sin importar el caudal.

Electrónicos de turbina

Una turbina colocada de frente al flujo, encapsulada en las paredes de un tubo, rotaproporcionalmente al caudal. La turbina, fabricada con un compuesto de resina ypolvo de alnico, genera un campo magnético que es leído y codificado por un sensorde efecto Hall.

Tipo venturi

Los más comunes. La tubería disminuye su diámetro levemente (por ejemplo, conun plato de orificio) y después regresa a su diámetro original. El fluido obligado acircular por esta reducción disminuye su presión a la salida. La diferencia de presiónde antes y después es medida de manera mecánica o electrónica. A mayor diferenciade presión mayor es el caudal.

Existen otras variantes pero todas basadas en la diferencia de la lectura de presiónantes y después. Un ejemplo se observa en los motores de combustión interna a laentrada del aire del motor. Parámetro que necesitan las computadoras de losautomóviles para determinar que cantidad de aire está entrando al motor para logaruna mezcla (aire-combustible) ideal.

V-Cone

El medidor de flujo de presión diferencial V-Cone es una tecnología patentada demedición de flujos con alta precisión, aplicable a gran variedad de fluidos, todo tipode condiciones y un amplio intervalo de números de Reynolds. Utiliza el mismoprincipio físico que otros medidores de flujo de presión diferencial: el teorema deconservación de la energía del flujo de fluidos a través de una tubería. No obstante,

las características de desempeño del V-Cone, muy notables, son el resultado de suexclusivo diseño, que incluye un cono central en el interior del tubo.

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El cono interactúa con el flujo del fluido, modificando su perfil de velocidad paracrear una región de presión más baja inmediatamente aguas abajo del cono. Ladiferencia entre la presión estática de la línea y la presión más baja creada aguasabajo del cono se mide a través de dos tomas piezosensibles. Una de las tomas secoloca inmediatamente aguas arriba del cono y la otra se coloca en la cara orientada

aguas abajo. Después, la diferencia de presión se puede incluir en una derivada dela ecuación de Bernoulli para determinar el régimen de flujo. La posición central delcono en la línea optimiza el perfil de velocidad del flujo en el punto donde se hace lamedición, asegurando mediciones de flujo altamente precisas y confiables, sinimportar la condición del flujo aguas arriba del medidor.

Magnéticos

Están basados en la fuerza de Lorentz (que experimentan cargas moviéndose en elseno de un campo magnético), de la que se deriva que el voltaje inducido a través deun conductor que se desplaza transversal a un campo magnético es proporcional ala velocidad del conductor.

Aplicamos un campo magnético a una tubería (en una zona con un recubrimientointerior aislante) y medimos la diferencia de potencial (voltaje) de extremo aextremo de un diámetro de la tubería. Este sistema es muy poco intrusivo pero solofunciona con líquidos que tengan algo de conductividad eléctrica. Es de muy bajomantenimiento ya que no tiene partes móviles.

Cuando el fluido (libre de vacíos) pasa a través de las bobinas, se induce un pequeñovoltaje en los electrodos que es proporcional al cambio del campo magnético, el

caudalimetro usa este valor para calcular el caudal del líquido.

Vortex

Ilustración 4 Vortex

Vortex montado en una cañería.

Está basado en el principio de generación de vórtices. Un cuerpo que atraviese unfluido generará vórtices flujo abajo. Estos vórtices se forman alternándose de unlado al otro causando diferencias de presión, esta son censadas por un cristalpiezoeléctrico. La velocidad de flujo es proporcional a la frecuencia de formación delos vórtices.

Son equipos de bajo mantenimiento y buena precisión

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Desplazamiento positivo

Separan el líquido en porciones que llenan un recipiente mientras se desplaza.Después cada porción es contada para medir el caudal.Existen muchas variantes de este sistema. De tornillo, de

engranajes, pistones, etc.

Desplazamiento positivo.

Interior de un equipo de desplazamiento positivo.

Engranajes: consiste en dos engranajes encontrados que hacen unsello perfecto, el fluido debe circular entre los dos engranajes forzándolos a girar. Esmovimiento se puede medir de forma electrónica o mecánica.

Cada uno de los engranajes tiene un imán permanente que se usa para enviarinformación a la parte electrónica del equipo (se instala arriba mediante tornillos),y se detecta el paso del imán mediante un sensor de efecto Hall.

Pistones: el agua entra por el puerto A y comienza a desplazar el pistón amarillomientras llena el espacio C. El agua que sigue entrado ahora llena el espacio B y sigueforzando al pistón amarillo a girar hasta que el agua que ocupaba el espacio C sale

por el puerto D. Posteriormente el agua que ocupa el espacio B igualmente saldrápor el puerto D al momento de comenzar otro ciclo. El agua entre los puertos deentrada y salida (A y D) está aislada por la barrera E. La oscilación del pistón G(magnético) traza un círculo que rodea al eje F. Un medidor de campo colocado fueradel caudalímetro mide estas oscilaciones y las convierte en pulsos.

Ultrasónicos

Son alimentados eléctricamente, y es posible encontrar dos tipos según su principiode medición: de efecto Doppler y de tiempo de tránsito; este último consiste enmedir la diferencia entre el tiempo que le toma a dos señales atravesar una mismadistancia, pero en sentido contrario utilizando como medio un fluido. Si el caudal delfluido es nulo, los tiempos serán iguales, pero cuando hay flujo los tiempos serándiferentes, ya que las velocidades de las señales serán afectadas por la del fluidocuyo caudal se desea determinar; esta diferencia de tiempo más el conocimientosobre la geometría de la cañería y la velocidad del sonido en el medio permitenevaluar la velocidad del fluido o el caudal.

Los de tiempo de tránsito son más exactos que los de efecto Doppler, pero paraobtener lecturas se requiere que los fluidos tengan un bajo porcentaje de impurezas;en caso contrario, los de efecto Doppler son de utilidad y entregan una muy buena

señal, ya que su principio de funcionamiento se basa en el cambio de frecuencia dela señal reflejada sobre algún elemento que se mueve con el fluido.

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La exactitud de estos sistemas de medición es muy dependiente del cumplimientode los supuestos de flujo laminar.

Diferencial de temperatura

Se colocan dos termistores y en el centro de ellos una pequeña resistenciacalentadora. Si ambos termistores leen la misma temperatura el fluido no estácirculando. Según aumenta el flujo uno de los termistores lee la temperatura inicialfluido mientras que el otro lee el fluido calentado. Con este sistema no solo se puedeleer el caudal, sino que además se sabe el sentido de circulación.

La ventaja de este tipo de caudalímetro es que se puede conocer la cantidad de masadel fluido que ha circulado y las variaciones de presión en el fluido afectan poco lamedición. Medidor de Coriolis

Los medidores de Coriolis se basan en el principio de las fuerzas inerciales que segeneran cuando una partícula en un cuerpo rotatorio se mueve con respecto alcuerpo acercándose o alejándose del centro de rotación. Si una partícula de masadm se mueve con velocidad constante en un tubo T que está rotando con unavelocidad angular w con respecto a un punto fijo P adquiere 2 componentes deaceleración Coriolis.

2.1.3 MEDICIÓN DE FLUJO INFERENCIAL.

Existen dos métodos de medición de Flujo, los cuales son:• Método Inferencial.• Método Volumétrico.Método Inferencial: Aquellos que obtiene la medición del flujo por medio de lamedición de otras variables, las cuales son una función de la cantidad de flujomedición de otras variables, las cuales son una función de la cantidad de flujo quepasa por la tubería. Las variables medidas son generalmente la presión diferencial ola velocidad.

Método Volumétrico: Son aquellos que miden una cantidad determinada de fluidopor ciclo de movimiento y usualmente su medida va siendo totalizada dando la

cantidad que ha pasado hasta ese momento.

MEDIDORES POR PRESIÒN INFERENCIAL:Consiste en la reducción de la sección de la tubería por medio de una restricción la

cual produce el aumento de la velocidad y la disminución de la presión.De esta relación se puede conocer que el fluido al cuadrado es proporcional aldiferencial de presión producido por la restricción, multiplicada por una constanteque depende del tipo de restricción.Donde: Q = Flujo en G.P.M.

K = Constante definida por el tipo de restricción.

https://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_laminarhttps://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_calentadorahttps://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_calentadorahttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Coriolishttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Coriolishttps://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_calentadorahttps://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_calentadorahttps://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_laminar


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P1-P2 = ? P = “H” en Pulgadas de Agua (H2O).

En este caso diferencial de presión depende de la construcción del elemento

primario a utilizar.

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICIÒN DE FLUJO:

• Placa de Orificio.• Tubo Ventura.• Tobera de Flujo.• Tubo Dall.

PLACA DE ORIFICIO:

Es el elemento primario mas usado. Consiste en una placa con un orificio que quedaintercalado en las tuberías. Mientras mayor sea la restricción mayor será lavelocidad del fluido y menor la presión estática.

El centro, un cono divergente de salida que guía el flujo hacia la continuación de latubería y una unión entre ambos tubos llamado garganta, en el primer cono deentrada (convergente) se conecta la toma de alta presión. La toma de baja presiónse coloca en la garganta del tubo.El tubo Ventura es muy adecuado para fluidos con sólidos con suspensión.

TUBERIA DE FLUJO:Consta de una entrada de forma cónica pero con una salida sin cono difusor lo quelimita su habilidad para minimizar las perdidas de presión permanente.

TUBO DALL:

Es un tubo Ventura especial. La perdida de presión es menor que cualquier otroelemento, mientras que la diferencial que origina es mayor que la originada por untubo Ventura normal. El cono de convergencia (entrada) es un cono clásico, pero laparte cilíndrica es mas corta. El cono de divergencia es más corto que la salida de untubo Ventura normal.

OTROS MEDIDORES DE FLUJO (VOLUMÈTRICOS):

• Registrador de Flujo.• Flujometro tipo Magnético.• Medidor tipo Turbina.

Registrador de Flujo: Instrumento que registra por medio de un diagrama que puedeser circular, cuadrado, etc. Generalmente se usan en planta de gas para registrar el

flujo de gas tanto a la entrada como a la salida de la planta.

http://www.xuletas.es/ficha/fwef-8/http://www.xuletas.es/ficha/fwef-8/


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Flujometro tipo Magnético: El principio de operación del Flujometro magnético estabasado en la ley de inducción electro-magnética de Faraday: “El voltaje (V) inducidoen un conductor de longitud (d) moviéndose a través de un campo magnético (h), esproporcional a la velocidad (v) del conductor”. Expresado en forma matemática:

V = (Cd) * (h) * (d) * (v)

Donde, Cd es el coeficiente de descarga.

El voltaje es generado en un plano que es mutuamente perpendicular a ambos, lavelocidad del conductor y el campo magnético. Ya que el campo magnético deltransmisor h alterna a 60 ciclos por segundo, el voltaje generado (V) también alternaala misma frecuencia. Se produce un campo magnético por dos bobinas en forma desilla de montar y concentradas por un núcleo. El fluido que habrá de medirse es elconductor en movimiento. Este pasa a graves del tubo y del campo magnéticoalternamente (h).

El fluido conductivo es análogo a una serie continua de disco de fluido, cuyosdiámetros son iguales al diámetro interior del tubo. Los discos que fluyen a travésdel tubo son conductores de longitud (d).

A través de los discos se genera una FEM como lo seria en cualquier conductor quepasa a través del campo. Esta FEM es percibida por dos electrodos de punta yconducida a un indicador, registrador o controlador. A mayor velocidad de la

medición es lineal con la cantidad de fluido que este pasando.

Ya que d y h constantes, el voltaje (V) es proporcional ala velocidad (v): debido a queel campo magnético es uniforme, el voltaje generado es proporcional a la velocidadpromedio, así los cambios en el “perfil de la velocidad” debido a la viscosidad ovariaciones de turbulencia no afectan el voltaje generado. Cualquier cambio en elpromedio de velocidad deberá resultar en un cambio proporcional al voltaje.Medidor tipo Turbina: Este medidor de flujo produce como señal de salida una ratade impulsos de alta resoluciòn que es proporcional a la velocidad del fluido, enconsecuencia, a la rata de flujo volumétrico. Al rotar la Turbina, se induce un voltajealterno en una bobina magnética que se encuentra montada externamente del fluidodel proceso.

Cada ves que un alabé de la turbina pasa por la base de la bobina magnética, cambiala densidad de flujo total e induce un impulso sencillo de voltaje. Cada pulsorepresenta un volumen finito de fluido que ha sido desplazado a través de dos alabèsadyacentes del rotor. La rata de pulsos generada representa una medición muyexacta de la rata de fluido y el número total de pulsos en cualquier incremento detiempo es una medida igualmente precisa del volumen total desplazado, usando undispositivo de lectura digital tipo totalizador, se puede mantener la exactitud demedida.


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2.1.4 FLUJÓMETROS DE MASA.

Es la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo a través de una área

específica. En el sistema Internacional se mide en unidades de kilogramos porsegundo. En el sistema ingles se mide en Libras por segundo. el símbolo común es(pronunciado "eme punto"). Matemáticamente es el diferencial de la masa con

respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, puesmuchos de ellos —tuberías, toberas, turbinas, compresores, difusores...— actúansobre un fluido que lo atraviesa. Su unidad es el kg/s

Se puede expresar el caudal másico como la densidad ( , que puede estar en función

de la posición, ) por un diferencial de volumen:

Donde: Q se refiere al gasto hidráulico.

Este volumen a su vez se puede expresar como el producto de una superficie S (elancho de la tubería entrante, normalmente), que también puede depender de laposición por un diferencial de longitud (la porción de dicha tubería cuyo contenidoentra en el sistema por unidad de tiempo).

Si se trata de un fluído, éste entra o sale a través de un volumen de control por mediode ductos. Matemáticamente el flujo másico tiene un diferencial del fluído queatraviesa por un área determinada A en cierta sección transversal del flujo es

directamente proporcional a A, la densidad del flujo y el factor de la velocidaddel flujo se denota como y se expresa como:

donde:

= Gasto másico = Densidad del fluido = Velocidad del fluido = Área del tubo corriente

o, integrando

En el caso de tener diversos caudales de entrada y salida se consideran la sumas de

estos. En un sistema en estado estacionario se puede deducir que la variación demasa ha de ser 0 y por tanto podemos establecer:

https://es.wikipedia.org/wiki/Masahttps://es.wikipedia.org/wiki/Tiempohttps://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramoshttps://es.wikipedia.org/wiki/Segundohttps://es.wikipedia.org/wiki/Librashttps://es.wikipedia.org/wiki/Segundohttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Toberahttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttps://es.wikipedia.org/wiki/Compresor_de_gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Kghttps://es.wikipedia.org/wiki/Posici%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_%28fluido%29https://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_%28fluido%29https://es.wikipedia.org/wiki/Posici%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Kghttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Compresor_de_gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttps://es.wikipedia.org/wiki/Toberahttps://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Segundohttps://es.wikipedia.org/wiki/Librashttps://es.wikipedia.org/wiki/Segundohttps://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramoshttps://es.wikipedia.org/wiki/Tiempohttps://es.wikipedia.org/wiki/Masa


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donde:

= número de entradas= número de salidas

Cumpliendo así con la Primera ley de la termodinámica.

3.1 MEDICIÓN DE FLUJO.

3.1.1 PRINCIPIOS GENERALES.

Las medidas de flujo son muy importantes en todos los procesos industriales. Lamanera en la que la razón de flujo se cuantifica depende de si la cantidad fluido esun sólido, líquido o gas. En el caso de sólidos, es apropiado medir la razón de flujode la masa, mientras que en el caso de líquidos y gases, se mide el flujo normalmenteen cuanto a razón de volumen. En unos casos, tal como medir la cantidad decombustible usado en un cohete, es necesario medir la masa del líquido.

Razones para la medición del flujo:1. Transferencia custodiada.2. Control de inventario.

3.

Detección de filtración.4. Control del proceso.

Unidades de Medición del Flujo:Razón del flujo:

a) Unidades de razón de flujo volumétrico (qv).& S Gases: m3 /hr Líquidos: l/min. IP Gases: ft 3 /hr Líquidos: USG/min b) Unidades de razón de flujo másico (qm) S Gases: Kg/s Líquidos: Kg/min

IP Gases: 1b./s Líquidos: 1b./min

Flujo total: Unidades de volumen (V) S Gases: m3 Líquidos: litros P Gases: ft 3 Líquidos: USG Unidades de masa (m) S Gases &Líquidos: Kg P Gases & Líquidos: 1b.

Cuando se expone la masa o la razón de flujo másico, entonces la cantidad se defineclaramente. Sin embargo, cuando el volumen o la razón de flujo volumétrico es

https://es.wikipedia.org/wiki/Primera_ley_de_la_termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Primera_ley_de_la_termodin%C3%A1mica


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expuesta, la cantidad no queda claramente definida si se desconoce la densidad delfluido.Para los líquidos, la densidad cambia con la presión y la temperatura.- El cambio en la densidad debido a la presión es pequeña y no se toma generalmenteen cuenta. Los líquidos no son usualmente muy compresibles.

- El cambio en la densidad debido a la temperatura es más significativo y sí se debetomar en cuenta. Para los gases, la densidad cambia con la presión, la temperatura y lacompresibilidad.- El efecto de la temperatura y la presión sobre la densidad es muy significativo, porende, sus efectos siempre deben tomarse en cuenta.- El efecto de la compresibilidad es relativamente menor en comparación, pero debetomarse en cuenta para los cálculos exactos.El volumen o la tasa (razón) de flujo volumétrico se expresa típicamente de una delas dos siguientes maneras:

4.1 TIPOS DE FLUJÓMETROS

Los flujómetros se pueden agrupar en cuatro tipos, cada tipo de medición tienediferentesFormas:

A. VolumétricosB. VelocidadC. Inferencial/Energía CinéticaD. Masa

4.1.1 FLUJÓMETROS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Los flujómetros volumétricos miden el flujo rompiendo el flujo en determinadosvolúmenes conocidos. Un ejemplo son los de desplazamiento positivo.Es importante destacar que las mediciones de flujo obtenidas a partir de los metrostipo desplazamiento positivo siempre son en condiciones de fluido ó de línea. Losmetros de desplazamiento positivo se utilizan de manera extensiva para medir el

flujo de líquidos y gases para aplicaciones de transferencia custodiada.

Metros de Desplazamiento Positivo para Líquidos:Tipos: - Disco Nutatorio- paleta rotatoria- pistón reciprocante- lóbulo rotatorio


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4.1.2 METROS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE GAS:

Consideraciones Comunes:

Principio:

La corriente del flujo se rompe mecánicamente en volúmenes directos. El númerode estos volúmenes discretos se cuenta entonces para calcular un flujo volumétricototal a través del metro. Usualmente se conecta un odómetro tipo de display a laspiezas rotatorias del metro con un engranaje mecánico. Este display es ajustado porel fabricante a fin de indicar en las unidades de flujo requeridas ( es decir: galones,litros, barriles estadounidenses, etc).Instalación:

Los requerimientos de tuberías antes y después (upstream or downstream) delinstrumento no son necesarios (es decir: el perfil del flujo (características fluyentesdel flujo) no es importante)

El metro debe ser instalado sin esfuerzo mecánico ya que esto afectaría de

manera adversa el “ suave funcionamiento ” del flujómetro. Cualquier espacio de aire en la corriente del flujo se contará como líquido, por

consiguiente se requiere de un eliminador de aire (deareador).

Los fluidos sucios u objetos obturará (tupirá) o dañarán las piezas móviles del

metro, por lo tanto se requiere de un tamiz o filtro.Restricciones de funcionamiento:Cuando se utilicen los metros de Desplazamiento Positivo para líquidos en unaaplicación en específico, deben hacerse correcciones debido a:1. Viscosidad: Esta tiene un efecto significativo en el desempeño del metro ya queun fluido menos viscoso tendrá más deslizamiento (fuga, filtración). Eldeslizamiento depende del diseño del metro y de la viscosidad del fluido. La pruebaen flujo bajo condiciones de funcionamiento tomará en cuenta o corregirá laviscosidad, siempre que se mantengan constantes esas condiciones.

2. Temperatura: La expansión de las piezas del metro debido a los cambios detemperatura hará que cambien las dimensiones del metro. Debido a que laexpansión térmica es predecible, por lo general los fabricantes adjuntan al metro undispositivo de compensación automática de la temperatura. Una vez más, lacomprobación en flujo bajo condiciones de funcionamiento tomará en cuenta ocorregirá la temperatura, siempre que se mantengan constantes esas condiciones.3. Presión: Esta solamente tendrá un efecto mínimo en el metro, y casi siempre seignora.Sin embargo, si la presión de funcionamiento está cerca de la presión de vapor delfluido del proceso, las burbujas ocasionarán errores. En este caso, serán necesariaslas correcciones para la presión de vapor. Nuevamente, la comprobación en flujo


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bajo condiciones de funcionamiento corregirá estos errores, siempre que semantengan constantes estas condiciones.

VENTAJAS/ DESVENTAJAS DE LOS FLUJÓMETROS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DELÍQUIDOS Y GASES.

Exactitud excelente (de hasta 0.1% de la tasa). Alta rangeabilidad. La potencia para impulsar el totalizador proviene de la corriente del

fluido. No se requiere tubería específica después del instrumento

(upstream). El fluido debe estar limpio... necesita tamizadores (filtros). El desgaste de las piezas es una de las fuentes principales de error Requiere de piezas de maquinaria de precisión costosas Errores por fugas a baja razón de flujo. Pueden dañarse por sobrevelocidad o por golpe de líquidos.

4.1.3 FLUJÓMETROS DE VELOCIDAD.

Los flujómetros de velocidad miden el flujo midiendo la velocidad promedio ymultiplicándola por el área que atraviesa el flujo.Ejemplo de estos tenemos los metros de turbina, los metros vortex, los flujómetrosmagnéticos, los ultrasónicos, etc.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE CADA UNO DE ELLOS.

Flujómetros de Turbina.

Flujómetro de Turbina para líquidos (Axial).

Ilustración 5 Turbina Para Liquidos


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Principio:

Un flujómetro de turbina consiste en un rotor multi-cuchilla suspendido en lacorriente de fluido sobre cojinetes que giran libremente. El fluido que impactacontra las cuchillas del rotor imparte una fuerza que causa la rotación del rotor. Lavelocidad de rotación es directamente proporcional a la razón dentro de su rangolineal (es decir: Q es directamente proporcional a la velocidad de la rotación).

La velocidad de la Rotación puede ser sensada:

1. Mecánicamente.En este, el rotor está acoplado al engranaje del totalizador mecánico.

2. Opticamente:

En este un rayo de luz es interrumpido por la rotación de las cuchillas, lo cualresulta en una salida pulsada. Generalmente se usa en las turbinas tangenciales(ruedas con paletas).

3. Magnéticamente:(a) Tipo Reluctancia:

Un imán permanente se encuentra en el sensor. Este imán permanente produce uncampo magnético que el cono concentra en un punto. Las aspas de la turbina desvíanel campo magnético, haciendo que se genere un voltaje en la bobina. El voltajeaparece a medida que un aspa se acerca y decae a medida que esta se acerca.Se produce una pulsación por aspa.

(b) Tipo inductancia:

El magnetismo permanente (imán) está en el rotor, el cual invierte el campomagnético en cada rotación.Se genera una pulsación por cada rotación.La señal de salida de estos elementos de turbina es un tren de pulsaciones(frecuencia). Esta frecuencia es directamente proporcional a la razón de flujo.f= kq


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Flujómetro de turbina paras gas (Axial)

Principio:Igual que el de los líquidos, pero debido a las bajas densidades de los gases, se reduce

grandemente la torsión motriz (torque de impulso).El uso de un mayor diámetro en el difusor (hub) proporciona un mayor torque deimpulso (es decir: mayores velocidades) La fricción en los apoyos (cojinete) semantiene al mínimo mediante el diseño y uso de rotores de bajo peso.La frecuencia de salida es proporcional a la razón de flujo volumétrico encondiciones de funcionamiento reales. Por consiguiente, el factor k debe serdeterminado bajo condiciones de funcionamiento simuladas para obtener unaexactitud de 1% de la razón, y Rangeabilidad de 20 : 1

Flujómetro de Vortex (Vórtice, Torbellino).

Ilustración 6 Vortex


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Principio:

Cuando un fluido se encuentra con un cuerpo de forma no aerodinámica, el flujo nopuede continuar el contorno del obstáculo. Por consiguiente, el flujo se enrolla enun vórtice o espiral bien definida, primero de un lado y luego del otro lado. La

razón a la cuál estos vórtices se forman (frecuencia) es directamente proporcionala la velocidad del fluido dentro de ciertos límites.

f =frecuencia de los vórticesS = número de Strouhal

v = velocidad del fluido cuando fluye librementeH = ancho del cuerpo no aerodinámica

Flujòmetro Ultrasónico.

Flujómetro ultrasónico de tiempo del tránsito.

Ilustración 7 Ultrasonico

Principio:Este metro mide el tiempo que toma un pulso de onda ultrasónica en atravesar lasección de unatubería a través del fluido. La diferencia en el tiempo será proporcional a lavelocidad del fluido ypor ende del flujo.Midiendo los tiempos t AB y t BA , se puede calcular la velocidad del flujo.La razón de flujo volumétrico se calcularía entonces de la siguiente forma: qv=v·A

Ventajas/Limitaciones del Flujómetro ultrasónico de tiempo de tránsito

. No intrusivo


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Fácilmente de instalar o sujetar a la línea (asido con grapas) No hay pérdida de presión No es afectado por la viscosidad, la densidad, la temperatura, ni la presión. Es usado para líquidos y gases ( para gases el diseño es diferente, pero

tiene el mismo principio) Los líquidos tienen que estar relativamente libres de sólidos o de

burbujas. La exactitud es de 1% a 2.5% de la Razón

Medición de Flujo InferencialFlujómetros de Presión Diferencial.

Ilustración 8 Medicon de Flijo Diferencial

Los flujómetros de presión diferencial o flujómetros del tipo de presión constituyenun gran porciento de los flujómetros utilizados en la industria. Estos miden lapresión diferencial causada por una restricción en el flujo. Esta presión diferenciales entonces relacionada con datos experimentales para determinar la razón de flujoa través del metro. En este principio se basan muchos flujómetros utilizadosactualmente.

Ellos requieren del uso de dos elementos.

Elementos Primarios: los dispositivos que producen la presión diferencial

Elementos Secundarios: los dispositivos que miden la presión diferencialLos elementos primarios incluyen: placas de orificio, tubos de Venturi, flujómetros,tubos de pitot, tomas de codo, etc, estos son los encargados de generar la presión

diferencial y es una medición del cambio en la energía cinética debido a unarestricción.


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En los cálculos de las dimensiones una constante C relaciona la presión diferencialcon la razón de flujo en una cantidad particular que depende de las condiciones delflujo.

Cualquier desviación en las condiciones de dimensionamiento resultara en errores.Para la mejor exactitud posible (custodia de transferencia), C es continuamentecalculado basado en las condiciones actuales.

Las ecuaciones de flujo pueden ser reducidas básicamente a:

Relacionaremos algunos de los elementos primarios:

Elementos Secundarios.El elemento primario crea una caída de presión diferencial (restricción fija). Elelemento secundario mide esta presión diferencial. La relación matemática entre

presión diferencial y flujo es la siguiente:

El P tiene una relación cuadrática con el flujo. Para hacer esta relación linear, laseñal de presión diferencial necesita que “la raíz cuadrada sea extraída”. Si el

elemento secundario es registrador mecánico, entonces una carta de raíz cuadradaes utilizada. Si el elementosecundario es un transmisor entonces un extractor de raíz cuadrada es requerido(nota, muchos transmisores electrónicos tienen incluido en su construcción unextractor de raíz cuadrada).


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Flujometros de área variable.

Principio de Operación:

Un incremento en el flujo resulta en una fuerza hacia arriba debido a que el fluidoha incrementado la velocidad alrededor del flotante. Esta fuerza hace que el flotantesuba.Cuando el flotante sube, el área anular entre el flotante y el tubo exterior rotuladoaumenta hasta que las fuerzas hacia arriba y hacia abajo estén nuevamente enequilibrio. Así, cada posición del flotante inferirá una razón de flujo a través delmetro.

Flujómetros de Masa.

Flujómetros Indirectos de Masa.

Ilustración 9 Area Variable


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FT es un transmisor de flujo volumétrico que puede ser magnético (v*A,ultrasónico(v*A), o de desplazamiento positivo, etc.

DT es un transmisor de densidad.

FY es un computador de flujo el cual puede calcular la razón de másico, el flujo

másico total, el flujo volumétrico, etc...

Flujómetro de Masa Directos.

Se han desarrollado una serie de técnicas para la medición directa del flujo de masacon la finalidad de eliminar los errores y los pasos para los cálculos a la hora de usar

métodos indirectos (flujo volumétrico)

Algunos de los tipos de flujómetros de masa están incluidos en:

- Metros de momento angular (aplicaciones principalmente en aeronáutica)

- Metros Coriolis

- Metros térmicos

Metros de momento angular.

Principio de operación:

Para cambiar la velocidad de una masa, la masa debe estar sometida a una fuerza de

desbalance. La cantidad de fuerza requerida para cambiar la velocidad de una masa

será proporcional a la propia masa.

En términos angulares, para cambiar la velocidad angular de una masa, la masa

debe estar sometida a un torque de desvalance (fuerza angular). Si la velocidadangular se mantiene constante, el torque será

Ilustración 10 Flujometro


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Flujómetro de Masa Coriolis.

Funcionamiento: (Ver la secuencia de figuras)

--El tubo D vibra a su frecuencia natural de resonancia. La vibración se sostienemediante el uso del impulso de una bobina magnética (similar a la bobina de unabocina)--El tubo D se fija a la entrada y al final de su salida.--A medida que el fluido recorre el tubo D, es obligado a incorporarse al movimientodel tubo. Debido a que el fluido tiene masa, este le ofrece resistencia al movimientode “subida y bajada” del tubo. La resistencia al movimiento produce fuerzasopuestas. El fluido que entra dentro del tubo se resiste al cambio en la velocidadtangencial, y el fluido que sale del tubo se resiste al movimiento de la parte de atrásdel tubo a una velocidad tangencial de cero.--La resistencia impuesta por el fluido en recorrido, trae como resultado una torsióndel tubo mientras está en movimiento. La cantidad de torcimientos es directamenteproporcional a la masa del flujo a través del tubo.--Note que la forma del tubo varía de un fabricante a otro ( no todos son tipo ”D”),pero el principio de operación es el mismo. Sensaje (captación) de los torcimientos:--La cantidad de torsión se mide mediante los sensores de velocidad instalados acada lado del tubo D. Cada sensor emite una onda sinusoidal que corresponde almovimiento de subida y bajada del tubo D. La acción de torsión en el tubo causa undesplazamiento de fase (demora de tiempo) en una de las salidas del sensor conrespecto a la otra salida del sensor. Este desplazamiento de fase es la medición que

se hace para determinar la magnitud de la torsión impuesta al tubo.--Los diseños más recientes del Flujómetro de Masa de Micromovimiento tienen dostubos D los cuales vibran en conjunto uno con otro. La torsión se mide relativa a cadatubo, lo cual elimina errores debido a los efectos de la vibración . La frecuencia deresonancia del tubo puede también utilizarse para determinar la densidad del fluidoen los tubos (similar al densímetro de carrete vibrador)

Ilustración 11 Medidores


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Flujómetro de Masa de Transferencia de Calor.

Estos metros son utilizados tanto para los gases como para los líquidos.

Ilustración 12 Watmeter

Existen dos métodos para usar la transferencia de calor a fin de medir el flujo demasa:

1. Aplicar energía (potencia) constante al calentador, y medir la temperatura antesy después del calentador: La diferencia de temperatura es proporcional al flujo demasa..

2. Medir la potencia (energía) que se requiere para mantener un diferencial detemperatura constante entre los dos sensores de temperatura. La cantidad deenergía requerida será proporcional al flujo de masa.


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CONCLUSION

Con este trabajo se buscó proporcionar un nuevo enfoque para los tipos

de medidores en flujo mutifasico anulares verticales, para éste caso,

específicamente con flujo ascendente de dos fases, líquido y gas. Se

aplicó al problema de diseño de diferentes tipos de medidores de flujo

en pozos de aceite con alta RGA, aunque no es exclusivo para este tipo

de condiciones, ya que también se utiliza comúnmente a pozos de gas y

gas y condensado


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REFERENCIAS

https://es.wikipedia.org/wiki/

https://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish05/spr05/05_multiphase_flow.pdf

http://www.cnh.gob.mx/_docs/Eventos_CNH/Presentacion_1_Medicion_Multifasica_Foro_de_Medicion.pdf

https://www.fiorentini.com/media/files/998_flowatch_2014_esp_lores_1.pdf

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/1267/Tesis.pdf?sequence=1
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eqipo karla trabajo.pdf

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