Medidores de Turbina

MEDIDORES DE TURBINA

Ana Salcedo Danelys Bernal Javier Monsalve Mónica Gómez Wilson José Parodi Ing. Julio Pérez…Fuente: iftargentina.com  MEDICIÓN DE HIDROCARBUROS UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

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AGENDA: INTRODUCCIÓN 1. CARACTERSTICAS Y TERMINOLOGÍA 2. MEDIDORES DE TURBINA 3. CONSTRUCCIÓN 4. REQUERIMIENTOS DEL DISEÑO DEL MEDIDOR DE TURBINA 5. ESPECIFICACIONES DE INSTALACIÓN 6. OPERACIÓN 7. CONDICIONES OPERACIONALES 8. RENDIMIENTO 9. CÁLCULO DE FLUJO VOLUMÉTRICO Y MÁSICO 2

INTRODUCCIÓN Los medidores tipo turbina se usan para la medición precisa sobre grandes y diferentes presiones y caudales. Presentamos acá las especificaciones y requerimientos que se aplican a estos en la medición del gas natural según la norma AGA 7, como también el principio de funcionamiento, modelamiento, calibración, y sus partes, entre otros.

Fuente: iftargentina.com 

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CARACTERISTICAS Y TERMINOLOGÍA LEYES FÍSICAS MODELOS MATEMÁTICOS GEOMETRÍA DE DISEÑO VOLÚMENES EXACTOS CÁCULOS, CALIBRACIONES 4

CARACTERÍSTICAS Y TERMINOLOGÍA CAMBIO DE MARCHAS

RANGO DE OPERACIÓN

FACTOR MEDIDOR, F D M

RANGEABILIDAD

FACTOR K

PÉRDIDA DE CARGA

FACTOR ROTOR

Qi, Qmáx, Qmin, Qt

MAOP ERROR MÁXIMO PICO A PICO

MEDIDOR DE REFERENCIA CARTUCHO DE MEDICIÓN

Fuente: http.www.hydrocarbononline.com

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MEDIDORES DE TURBINA MEDICIÓN INFERENCIAL • REVOLUCION ES DEL ROTOR CON ASPAS

MECANISMOS INVOLUCRADO S • CONDICIONE S DE OPERACIÓN • RENDIMIENT O

Fuente: iftargentina.com 

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CONSTRUCCIÓN

CUERPO DEL MEDIDOR BRIDAS PESTAÑAS O CONEXION ES

RESISTENCI A A LA CORROSIÓ N

LONGITUDE SY CALIBRES

TOMA DE PRESIÓN

SELLADO

  Fuente img: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elsteramericanmeter.com.

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CONSTRUCCIÓN INSCRIPCIONES DEL

MEDIDOR

FABRICANTE

DIRECCIÓN DE FLUJO

MODELO Y DIAMETROS NOMINALES

SPIN DEL ROTOR; MAOP

NÚMERO DE SERIE

UNIDADES DE VOLUMEN POR REVOLUCIÓN

CÍDIGO Y FECHA DE FABRICACIÓN

MATERIALES DE LOS COMPONENTES

CAPACIDAD MÁXIMA NOMINAL DE FLUJO

ORIENTACIÓN DEL CARTUCHO DE MEDIDA

FACTOR K, FACTOR ROTOR

NÚMERO DE SERIE DEL CARTUCHO

Fuente img: http://spanish.alibaba.com/ 8

CONSTRUCCIÓN

Fuente: http://www.gasandcontrols.com/

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REQUISITOS DE INSTALACIÓN Los medidores de turbina solamente operan en un sentido. Si existe flujo en sentido contrario, es posible que no se dañe el medidor pero ocasionará registros erróneos de volumen.

Tomado de: Google imagenes

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REQUISITOS DE INSTALACIÓN Los medidores de turbina son diseñados para orientación horizontal. Puede utilizarse una orientación vertical, pero es necesario consultar con el fabricante.

Tomado de: Google imagenes

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REQUISITOS DE INSTALACIÓN Las conexiones de entrada y salida del medidor y las bridas de la tubería acompañante se deben alinear concéntricamente.

Tomado de: Google imagenes

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REQUISITOS DE INSTALACIÓN

Deben mantenerse libres de cualquier deposito que pueda afectar el área de sección transversal Superficies internas - rugosidades Soldadura de las tuberías -- sin sobresalir

Tomado de: Google imagenes

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REQUISITOS DE INSTALACIÓN Se encuentra en la parte inferior del medidor Asegura una buena lectura de la temperatura del gas que fluye

Tomado de: AGA 7

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REQUISITOS DE INSTALACIÓN Detección de la presión

Tomado de: AGA 7

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REQUISITOS DE INSTALACIÓN Elimina los efectos de turbulencia

Tomado de: AGA 7

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INSTALACIÓN RECOMENDADA PARA MEDIDORES EN LÍNEA Antes del acondicionador Antes del medidor : 10 veces DNT

Después del acondicionador – antes del medidor 5 veces DNT Tomado de: AGA 7

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INSTALACIÓN DE ACOPLE CORTO Se utiliza cuando el espacio es limitado 4 veces DNT Mínimo: 2 veces DNT - Utilizan codos o camisas - Error: ± 0,4 %

Tomado de: AGA 7

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INSTALACIÓN DE ACOPLE CERRADO Se utiliza cuando el espacio es limitado

Error: ± 0,4 %

Utilizan codos o camisas

Tomado de: AGA 7

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No acondicionador de flujo = 10 veces DNT

INSTALACIÓN SUGERIDA PARA MEDIDORES DE CUERPO ANGULAR

Si acondicionador de flujo = 5 veces DNT

No se sabe el error

Tomado de: AGA 7

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El medidor de turbina consta de tres componentes básicos: 1 1. Cuerpo 2 2. Mecanismo 3 medición.

Cuerpo

Rotor de la Turbina

Lectura mecánica o eléctrica

Entrada

de Cono de nariz

Alojamiento del mecanismo

Fuente: FUNDAMENTALS OF GAS TURBINE METERS, John 3. Dispositivo de salida y Gorham, http://www.asgmt.com/default/papers/asgmt2006/docs/a8.pdf lectura. . El medidor de velocidad o medidor de turbina "deduce" la medición volumétrica usando el concepto de velocidad. 21

> Velocidad del flujo de gas > Energía cinética La energía cinética es la fuerza impulsora de un dispositivo tipo turbina.  

KE: Energía cinética (fuerza impulsora) M: Masa (presión) V: Velocidad (tasa de flujo)

  Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elsteramericanmeter.com.

La energía cinética o fuerza impulsora es el concepto que le permite al medidor superar los efectos adversos de fricción. Los errores de medición causados por fricción son frecuentes a bajas tasas de flujo y/o bajas presiones de operación. 22

Interacción de las moléculas de gas con la superficie del medidor de turbina. Es función de las características del flujo de gas y del diseño interno del medidor. Interacción natural de las piezas móviles (engranajes, acoplamientos etc.) Importante: Tomar precauciones en la eliminación de la fricción a través de un correcto tamaño e instalación, así como realizar procedimientos de mantenimiento y lubricación.

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 Placa de Índice  Tren de engranajes  Acoplamien to magnético

1 4

2 3

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7

9

6

1 0 8

Fuente: FUNDAMENTALS OF GAS TURBINE METERS, John Gorham, http://www.asgmt.com/default/papers/asgmt2006/docs/a8.pdf .

 Eje horizontal  Cojinetes  Engranaj es  Eje vertical

Alabes del rotor

Velocidad de rotación proporcional a la Velocidad de flujo

30º 45º

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Los medidores de turbina están diseñados para medir con precisión grandes volúmenes de gas natural, aire, nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de propano, y otros gases no corrosivos para usos comerciales e industriales.   Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elsteramericanmeter.com.

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 Sin presencia de fuerzas retardantes.  Aspas del rotor infinitamente delgadas.  Fuerza de conducción concentrada en el radio medio del aspa.  Distribución uniforme de la velocidad del fluido entrando en dirección axial. La velocidad del rotor es directamente proporcional a la velocidad de flujo.

 

r = radio medio del rotor A = área anular de flujo ß = ángulo del aspa Q = velocidad de flujo volumétrico ω = velocidad de rotación del rotor V= velocidad del gas para un medidor dado.

  Fuente: INSTROMET, Turbine gas meter Handbook, Gas measurement and control equipment, Rooduyn Vorm & Druk The Netherlands, 2000. Fuente: http://www.instromet.com.

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PR: porcentaje de registro Mr: torque total de retardo Md: torque de impulsión disponible

  ρ: densidad del fluido Q: caudal volumétrico

o Arrastre debido a la fricción mecánica de los cojinetes y engranajes. o Arrastre del fluido sobre las aspas. La velocidad de rotación real del rotor está en función de:  Arrastre  Tamaño y forma del paso anular.  Diseño del rotor  Fricción mecánica interna  Densidad del gas.

  Mf: torque retardador debido a las fuerzas mecánicas Mn: torque retardador debido a fuerzas de fluido.

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MANTENIMIENTO • Los cojinetes de los medidores de turbina requieren lubricación, excepto cojinetes de cerámica o sellados.

  Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elsteramericanmeter.com.

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CONDICIONES OPERACIONALES

Rangos normales de composición de mezclas de gas natural: Tabla 1, AGA Informe No. 8, Factores de compresibilidad de gas natural y otros gases hidrocarburos relacionados (Referencia 1).

Fuente: http://hiq.aga.cl/Internation al/Web/LG/CL/likelgspgcl.ns f/DocByAlias/gas_serv_qalit y

El fabricante debe ser consultado en caso de: • Operación cerca del punto de roció • Niveles de azufre total superior a 20 g/100ft3, incluidos mercaptanos, H2S y compuestos de azufre elemental o superiores a los especificados en la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE) directrices de los materiales de fabricación del medidor. 29

• Exposición a otros contaminantes.

Rango especificado por el fabricante del  medidor; (Presión de trabajo máxima permitida-Requisitos de Calibración).

Especificaciones del fabricante. Dependiendo del material de construcción, los medidores de turbina pueden operar sobre un rango de flujo de gas y de temperatura ambiente de -40 °F a +165 °F (-40 °C a 74 °C). Importante: Temperatura del flujo de gas > punto de rocío del gas.

  Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elsteramericanmeter.com.

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Efectos principales sobre el desempeño del medidor de gas de turbina: • > Rango de operación > densidad del gas. • > Caída de Presión > densidad del gas. • Error - Características del funcionamiento f(densidad del gas).

Fuente: http://indisaonline.8m.com/anteriores/98.htm

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RENDIMIENTO DEL El fabricante deberá especificar los límites de velocidad de MEDIDOR

flujo de Qmin, Qt y Qmax para cada diseño y tamaño del medidor. El Rendimiento del medidor a presión atmosférica, está dentro de las tolerancias siguientes después de la calibración: Repetibilidad

±0.2% entre Qmin y Qmax,

Error máximo pico a pico

1.0% arriba de Qt,

Error máximo

±1.0% de Qt a Qmax,

Transition flow rate

Qt, no mayor a 0.2 Qmax.

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Fuente: enigmasconrespuesta.blogspot.com

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CALIBRACIÓN Con el fin de establecer las características de rendimiento satisfactorio, cada medidor tipo turbina debe ser calibrado en condiciones aceptables acordadas entre las partes involucradas en la transacción.

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Determinación del factor de  Es una práctica general, y calibración muy conveniente; para ser utilizado en el factor de calibración del medidor dentro del rango de las tasas. El factor de calibración "K" (pulsos por pie cúbico) se aplica para una salida eléctrica.

 Para medidores de salida mecánicos, el factor se establece por la elección de cambio de engranajes que hacen que cada revolución del eje de salida del medidor

Fuente: www.calibracion.com.mx 35

Presentación de los datos de calibración

Para condiciones de funcionamiento cerca de constantes, se prefiere el trazado de la curva de calibración del medidor como función de la línea de caudal real. Sin embargo, para situaciones en las que las condiciones de funcionamiento varían considerablemente, puede ser preferible trazar la curva de calibración del medidor en función de la velocidad de flujo base o del número de Reynolds.

Fuente: www.metrocal.co.cr

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Prácticas de calibración

El término "método de calibración" que se utiliza en la norma AGA 7 abarca los procedimientos utilizados para la primera calibración por el fabricante, la comprobación de la exactitud del medidor de turbina por el usuario, y para la calibración del medidor si se realizan reparaciones importantes.

Fuente: www.instrumentacionycontrol.net

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PROBADOR DE campana se utiliza ampliamente CAMPANA

La cámara de como un estándar de referencia y cuando se utiliza correctamente, puede ser uno de los más precisos y repetibles de todas las normas de baja presión (Referencia ANSI B l09.2, Sección 6.5.5).

Fuente: jaluahmad.blogspot.com

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PROBADOR DE TANQUE sistemas de tanquePESADO pesado son una técnica de calibración

Los primaria, que recoge una gran cantidad de la operación de gas a condiciones en un recipiente a presión durante un período de tiempo específico. La masa del gas recogido en el recipiente a presión y el tiempo de t1e se miden con precisión para determinar la tasa de flujo másico y por lo tanto la calibración del medidor de turbina en la misma corriente de flujo.

Fuente: www.directindustry.com

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PROBADOR DE El principio deTRANSFERENCIA la prueba de transferencia consiste en probar

un medidor contra un medidor de referencia metro conocido. Se debe tener precaución en el uso de medidores maestros para asegurar que el flujo pulsante o condiciones remolino no se transmitan al medidor de turbina, causando calibración inexacta.

Fuente: www.geenergy.com 40

ERROR, INCERTIDUMBRE Y PRECISIÓN DEL MEDIDOR El error del medidor a un caudal dado puede determinarse a partir de una curva de rendimiento como se ilustra en La Figura 9. Esta curva se produce mediante ensayo de cada medida de un sistema con diferentes tasas de flujo, a continuación se trazar una curva a través de los puntos de prueba. Un factor óptimo K se calcula a continuación, así que el error del medidor en cualquier velocidad de flujo dentro de la gama de la medida, caerá dentro de la banda de error especificada por el fabricante, que suele ser: I = 1%.

Fuente: iftargentina.com 

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CÁLCULO DE FLUJO VOLUMÉTRICO Y MÁSICO 43

MEDIDA DE FLUJO VOLUMÉTRICO

 Ecuaciones para calcular el caudal volumétrico:

El medidor de turbina es un dispositivo de la medición de la velocidad. Dependiendo del flujo de gas será su rendimiento, y su velocidad. Las revoluciones del rotor pueden ser contadas mecánicas o eléctricamente para llevar el registro volumétrico. Dado que el volumen registrado fluye a condiciones de presión y temperatura, el cual debe ser corregido a las condiciones base especificados para los propósitos de conteo.

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Los subíndices "b" condiciones básicas que denota, "f" denota condiciones de flujo y "r" denotan condiciones nominales .

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ECUACIÓN PARA EL CALCULAR CAUDAL A CONDICIONES NORMALES

MULTIPLICADOR PARA LA PRESIÓN

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MULTIPLICADOR PARA LA TEMPERATURA

MULTIPLICADOR PARA LA COMPRESIBILIDAD

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TASA DE FLUJO MÁXIMA

Contadores de turbina están generalmente diseñados para una velocidad de flujo máximo con el fin de no exceder de una cierta velocidad del rotor. El caudal máximo es el mismo (a menos que se especifique lo contrario por el fabricante) para todas las presiones dentro del rango de operación

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CAUDAL MÍNIMO Y RANGO DE OPERACIÓN

El caudal mínimo (o calificación mínima capacidad) para un medidor de turbina es el caudal más bajo en el que el metro funcionará dentro de la tolerancia especificada. En general, la velocidad de flujo mínimo depende de la magnitud de la fricción no fluido y la densidad del gas medido.

El rango de flujos de funcionamiento para la medición precisa aumenta aproximadamente como la raíz cuadrada de la relación de presión

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Generalmente la presión y temperatura son por las condiciones bases en este caso la ecuación quedaría:

Y el mínimo caudal para condiciones de flujo normales sería:

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Con frecuencia, las condiciones de temperatura y la compresibilidad se encuentran cerca de la unidad y se pueden despreciar los efectos de aproximación. El rango de funcionamiento del medidor de turbina de gas es el rango de flujo sobre el cual el metro operará dentro de su rendimiento especificado. En general, el rango de metros turbina variará directamente con la raíz cuadrada de la densidad del gas. A medida que aumenta la densidad, la linealidad del metro se extenderá a un caudal menor, mientras que el límite superior queda fijada por la consideración de diseño se ha dicho. Por lo tanto:

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ECUACIONES PARA EL CÁLCULO DE FLUJO DE MASA La medición de caudal másico se puede emplear para llegar a volumen de base (Vb) o tasa de flujo de volumen de la base (Qb) a través del uso de un medidor de turbina y densitómetro o cálculo a partir de análisis de la composición. La tasa de masa o la masa de flujo es:  

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ECUACIONES PARA EL CÁLCULO DE FLUJO DE MASA Ya que la de masa en condiciones de flujo es igual a la masa en condiciones de base se puede afirmar que:

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CAPACIDAD Y FUNCIONAMIENTO DE LOS MEDIDORES DE TURBINA

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SEGURIDAD

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VENTAJAS DESVENTANJAS

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CONCLUSIONES

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