5 - Válvulas y Medición de Caudal.ppt
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W. Gonzales M.
Válvulas y Medidores de Caudal
W. Gonzales M.
Flujo de Gas en Restricciones
Válvulas y Medición de Caudal
P1 P2
D d
Palta
Vbaja
Pbaja
Valta
W. Gonzales M.
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 P2
D d
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
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.
Si (P2 /P1)>(P2 /P1)crítico el flujo es SUBCRITICO
Si (P2 /P1)≤(P2 /P1)crítico el flujo es CRITICOP1 P2
D d
1
1
2
1
2
k
k
críticokP
P
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
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.
Donde, qsc(Mscfh), D2(in) , P1(Psia) , T1(oR) , Cd=0,86
P1 P2
D1 D2
5,0
1
2
2171,456
GT
DPCq d
sc
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
5,0
21
5,04
2
1
PPg
D
d
KV
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
= Densidad del fluido, lb/ft3
K = Constante de pérdidas de entrada y salida del flujo
por la válvula.
Ecuación de flujo de líquidos en las válvulas:
P1 P2
D d
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
5,0
212
PPgCV d
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.
Ecuación de flujo en las válvulas para líquidos:
P1 P2
D d
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
5,0
21
PP
GQC L
Lvd
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
Ecuación de flujo en las válvulas para líquidos según
Masoneilan:
P1 P2
D d
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
5,01
1
2
1
1 11
2
k
k
cd
P
P
k
kgPCV
Ecuación de flujo de gases en las válvulas:
P1 P2
, kD d
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).
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.
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
5,0
2
2
2
1963
PP
TGQC
gg
vd
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
P2 = Presión aguas abajo, Psia
Ecuación simplificada de flujo en las válvulas para
gases según Masoneilan:
P1 P2
D d
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
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.
Características de los Equipos de Medición
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
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
Factores de Selección de Equipos de Medición
Válvulas y Medición de Caudal
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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
Métodos de Medición de Caudal
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
Medidor de Placa de Orificio
Válvulas y Medición de Caudal
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Medidor de Placa de Orificio
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
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
W. Gonzales M.
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):
fwalmpvgtftbpbrbfwsc PhFFFFFFFYFFFPhKQ
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
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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
b
pbP
F73,14
520
btb
TF
5,0
520
f
tfT
F
5,0
1
GFg
5,0Z
ZF b
pv
aceroparaTF fa 5280000185,01
monelparaTF fa 5280000159,01
tapsflangeD
d
tapspipeD
d
67,02,0
7,015,0
dt
Dt
8
1
50
1
Válvulas y Medición de Caudal
W. Gonzales M.
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 hw/Pf
Fpb = Factor de presión base=14,73/Pb ; Pb (Psia)
Ftb = Factor de temperatura base=Tb/520 ; Tb (oR)
Ftf = Factor de temperatura de flujo=(520/Tf)0,5 ; Tb (oR)
Fg = Factor de gravedad específica = 1/G0,5
Fpv = Factor de supercompresibilidad = Zb/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
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Ubicación de la Placa de Orificio según AGA 3
Válvulas y Medición de Caudal
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Medidor de Tipo Turbina
Válvulas y Medición de Caudal
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Modelos de Medidores Tipo Turbina
Válvulas y Medición de Caudal
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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
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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
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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
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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
W. Gonzales M.
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.
Válvulas y Medición de Caudal