Válvulas y Medidores de Caudal
W. Gonzales M.
Válvulas y Medición de Caudal Flujo de Gas en Restricciones
Palta Vbaja
Pbaja Valta
P1
D
d
P2
Válvulas y Medición de Caudal Flujo de Gas en Restricciones El flujo en el interior de una línea puede encontrarse con reducciones de diámetro, válvulas de control y medidores de caudal que producen una restricción al flujo. Esta restricción normalmente se presenta como reducción en el área. Las velocidades en la sección estrangulada incrementa significativamente y puede alcanzar niveles de la velocidad muy elevados. Si la velocidad alcanza la del sonido, del orden de 1100 ft/s (considerando aire como medio) el flujo se define como FLUJO CRÍTICO. Si la velocidad es inferior a la del sonido, el flujo se define como FLUJO SUBCRITICO.
P1
D
d
P2
Válvulas y Medición de Caudal Flujo de Gas en Restricciones La condición crítica puede ser determinada conociendo la presión aguas arriba y aguas debajo de la restricción, además de las características del gas mediante el coeficiente adiabático k=Cp/Cv.
k
P 2 2 k 1 P k 1 1 crítico Si (P2 /P1)>(P2 /P1)crítico el flujo es SUBCRITICO Si (P2 /P1)≤(P2 /P1)crítico el flujo es CRITICO
P1
D
d
P2
Válvulas y Medición de Caudal Flujo de Gas en Restricciones Para un gas con G=0,63 el valor de K puede considerarse igual a 1,275 y se obtiene que si (P2 /P1) es menor o igual a 0,55 es posible obtener el caudal crítico que atravesará la restricción.
q sc
456,71C d P 1 D2
2
GT 1 0,5
Donde, qsc(Mscfh), D2(in) , P1(Psia) , T1(oR) , Cd=0,86 P1
D1
D2
P2
Válvulas y Medición de Caudal Ecuación de flujo de líquidos en las válvulas:
V
K
d 1 D
4
0, 5
2 g P 1 P 2
0,5
V=Velocidad de flujo en la válvula (ft/s) D=Diámetro de la tubería, ft d=Diámetro de la sección estrangulada, ft g=Aceleración de gravedad, ft/s2 P1=Presión aguas arriba , psi P2=Presión aguas abajo, psi
P1
D
d
P2
= Densidad del fluido, lb/ft3
K = Constante de pérdidas de entrada y salida del flujo por la válvula.
W. Gonzales M.
Válvulas y Medición de Caudal Ecuación de flujo en las válvulas para líquidos:
2 g P 1 P 2 V C d
0,5
Cd=Coeficiente de descarga de la válvula. El coeficiente de descarga depende de la geometría del ducto y de la sección de estrangulamiento, además de las pérdidas de energía por la entrada y salida del fluido. P1
D
d
P2
W. Gonzales M.
Válvulas y Medición de Caudal Ecuación de flujo en las válvulas para líquidos según Masoneilan:
GL C vd Q L P P 1 2
0, 5
Cvd= Coeficiente de descarga de la válvula para 1gpm y 1 psia de caída de presión. QL = Caudal volumétrico, gpm GL = Gravedad específica del líquido P1-P2 = Caída de presión en la válvula, Psia P1
D
d
P2
W. Gonzales M.
Válvulas y Medición de Caudal Ecuación de flujo de gases en las válvulas:
2 P 1 g c k P 2 k V C d k 1 1 P 1 1 k 1
0,5
Cd=Coeficiente de descarga de la válvula. En las válvulas, debido al estrangulamiento, puede alcanzarse altas velocidades y alcanzar el FLUJO CRITICO ( velocidad mayor a 300 m/s). P1 ,
D
d
P2
k
La reducción de presión en las válvulas produce una reducción en la temperatura, este puede alcanzar niveles muy bajos que puede dar lugar a la formación de hidratos.
W. Gonzales M.
Válvulas y Medición de Caudal Ecuación simplificada de flujo en las válvulas para gases según Masoneilan:
Q g Gg T 2 C vd 2 963 P P 1 2
0, 5
Cvd= Coeficiente de descarga de la válvula para 1gpm y 1 psia de caída de presión. Qg = Caudal volumétrico, scfh T = Temperatura del flujo, oR P1 = Presión aguas arriba, Psia
P1
D
d
P2
P2 = Presión aguas abajo, Psia W. Gonzales M.
Válvulas y Medición de Caudal Características de los Equipos de Medición Por
su naturaleza, la medida de caudal de flujo es una de las variables más difíciles de medir por que no se la puede medir de forma directa como la presión y la temperatura. El
caudal de flujo se la obtiene de forma indirecta a través de diferencias de presión en longitudes especificadas, velocidades de rotación de elementos rotativos, velocidad de desplazamiento en cámaras de medición, etc. Un
medidor de flujo o dispositivo de medición es caracterizado utilizando los siguientes parámetros: oPrecisión oRango oRepetitividad oLinealidad oNivel de confianza.
Válvulas y Medición de Caudal Factores de Selección de Equipos de Medición La selección de un dispositivo de medición depende de: Precisión
del aparato Rango del caudal de flujo Rango de la temperatura y presión del flujo Fluido a ser medido Requerimientos de mantenimiento Vida esperada del dispositivo Costo inicial y de operación
Válvulas y Medición de Caudal Métodos de Medición de Caudal Método
de Diferencia de Presión oPlaca de Orificio oTipo venturi oToberas de medición oTubo de pitot
Medidores
de Desplazamiento oRotativos oDiafragma Medidores del Tipo Turbina Medidores
de Rotámetro
Medidores
de ultrasonido
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Placa de Orificio
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Placa de Orificio
Válvulas y Medición de Caudal Elementos de Diseño y Selección de Medidores de Placa de Orificio Localización
de Puntos de Medición o Tipo flange (flange type) o Tipo tubería (pipe type) o Vena contracta o Tipo esquina
Sección
de Estabilización de Flujo
Tamaño
y Localización del Orificio
Medida
de Presión y Registro
Válvulas y Medición de Caudal Medición de Gases por Placa de Orificio La ecuación para el cálculo del caudal de flujo de gases a condiciones estándar está definido por la ecuación de AGA (American Gas Association): Q sc K hw P f F b F r YF pb F tb F tf F g F pv F m F l F a hw P f
donde, Qsc = Caudal volumétrico a condiciones estándar, scf/hr hw = Presión diferencial a 60 oF, in de agua Pf = Presión estática absoluta del fluido que fluye, psia Fb = Factor de corrección base del orificio, scf/hr Fr = Factor de corrección del número de Reynolds Y = Factor de expansión Fpb = Factor de presión base
Ftb = Factor de temperatura base Ftf = Factor de temperatura de flujo Fg = Factor de gravedad específica Fpv = Factor de supercompresibilidad Fm = Factor de manómetro Fl = Factor de localización Fa = Factor de expansión térmica del orificio
Válvulas y Medición de Caudal Medición de Gases por Placa de Orificio Fb = Según AGA-3 Fr = Según AGA-3 Y = Según AGA-3 Fl = Según AGA-3 Fm = Según AGA-3
F pb
14,73
F tb
0,2
F pv
P b
T b
F g
520
520 F tf T f
0,15
d D d
D
0,7 pipe taps
0,67 flange taps
t t
1 50 1 8
D
d
Z b Z 0,5 1
G 0, 5
F a 1 0,0000185T f 528
para acero
F a 1 0,0000159T f 528
para monel
0,5
Válvulas y Medición de Caudal Medición de Gases por Placa de Orificio Fb = Factor de corrección base del orificio, scf/hr= De tablas, depende del local de medición y de D y d Fr =Factor del número de Reynolds=1+ b/(hwPf )0,5 (b, depende de D y d, en tablas) Y = Factor de expansión (De tablas, depende de d/D y h w/Pf Fpb = Factor de presión base=14,73/P b ; Pb (Psia) Ftb = Factor de temperatura base=T b/520 ; Tb (oR) Ftf = Factor de temperatura de flujo=(520/T f )0,5 ; Tb (oR) Fg = Factor de gravedad específica = 1/G 0,5 Fpv = Factor de supercompresibilidad = Z b/Z Fm = Factor de manómetro (De tablas) Fl = Factor de localización (De tablas depende de la altura snm y la latitud) Fa = Factor de expansión térmica del orificio = 1 + (0,0000185 (Tf -528) para acero
Válvulas y Medición de Caudal Ubicación de la Placa de Orificio según AGA 3
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Tipo Turbina
Válvulas y Medición de Caudal Modelos de Medidores Tipo Turbina
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Tipo Ultrasónico
Se basa en el principio de la relación de tiempo y espacio de la emisión y recepción de ondas sonoras, considerando dos electrodos. Esta relación es proporcional a la velocidad. El orden de precisión es de 0,05% a 0,1%.
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Tipo Ultrasónico en Ducto de 24”
Se basa en el principio de la relación de tiempo y espacio de la emisión y recepción de ondas sonoras, considerando dos electrodos. Esta relación es proporcional a la velocidad. El orden de precisión es de 0,05% a 1%.
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Tipo Corilis - Micromotion Technology
Se basa en el principio de la aceleración de coriolis. Permite medir: Caudal másico Densidad Temperatura Presión El orden de precisión es de 0,05%.
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Tipo Corilis - Micromotion Technology
Se basa en el principio de la aceleración de coriolis. Permite medir: Caudal másico Densidad Temperatura Presión El orden de precisión es de 0,05%.
Válvulas y Medición de Caudal Medidor de Tipo Corilis - Micromotion Technology La relación entre la masa, la rigidez y la frecuencia natural es el fundamento para la medición de densidad en un medidor de caudal tipo Coriolis. Para comprender esta relación, considere el sistema de resorte y masa.
El volumen del fluido contenido en los tubos de caudal permanece constante; por lo tanto, la única manera en que la masa del fluido puede cambiar es si la densidad también cambia. Debido a esta relación entre la masa y la densidad, la masa de los tubos de caudal llenos indica la densidad del fluido contenido.
