TEORIA CORIOLIS
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Que es un caudalímetro másico porefecto Coriolis?
Transmisor
Periférico
Sensor
Tanque
Un caudalímetro está compuesto por un sensor, un transmisor y en la mayoría de los casos,
dispositivos periféricos que permiten monitorear, configurar alarmas, realizar funciones decontrol, etc.
Sensores: son los elementos primarios que detectan flujo, densidad y temperatura.
Transmisores: recogen las señales de los sensores, la procesan y proveen información como salidas.
Periféricos: proveen funcionalidad adicional, como por ejemplo un controlador batch, un computador deflujo, etc.
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Que es un caudalímetro másico porefecto Coriolis?
Transmisor
Caja de unión
Sensor
Flujo
El transmisor es el cerebrodel sistema y realiza tresacciones fundamentales.
En primer lugar, el transmisorenvía pulsos de corriente a labobina excitadora del sensor,haciendo que los tubos vibrena su frecuencia natural.
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Que es un caudalímetro másico porefecto Coriolis?
Transmisor
Caja de unión
Sensor
Flujo
En segundo lugar, eltransmisor procesa lasseñales del sensor, realiza
cálculos y genera diversasseñales de salida para losdispositivos periféricos.
Salida a periféricos
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Que es un caudalímetro másico porefecto Coriolis?
Sala decontrol
Comunicaciones
HC275
Por último, el
transmisor se comunicade diferentes manerascon un operador o biencon un sistema decontrol.
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Tecnología CoriolisIntroducción
Ya sea para líquidos, gases o lodos, la tecnologíacoriolis ofrece muchas ventajas respecto de lastradicioales tecnologías volumétricas.
Medición multivariable
Gran exactitud (+/- 0,1%)
Gran repetibilidad
Gran rangeabilidad (1:100)
Baja pérdida de carga
Fácil instalación ya que no requiere de montajeespecial ni de un régimen laminar del fluído, porlo que no necesita tramos rectos de tubería.
Bajo mantenimiento, no posee partes móviles,no es intrusivo.
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La tecnología CoriolisProvee múltiples mediciones
Flujo másico
Densidad
Temperatura
Micro
Motion
MEDICIONES PRIMARIAS
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Flujo volumétrico
DensidadAPI
Variables eléctricas (V drive – V pickoff – Frec.)
Micro
Motion
Viscocidad
La tecnología CoriolisProvee múltiples mediciones
MEDICIONES SECUNDARIAS
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Interior de los sensores
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Bobina excitadora
Interior de los sensores
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Bobinas de sensado
Interior de los sensores
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Oscilación de los tubos sensores
Bobina
excitadorae imán
Entrada delflujo
Tubos sensores
Salida del
flujo
Pickoff deentrada
Pickoff de salida
BobinaPickoff Imán
Pickoff
Onda senoidal
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Principio de coriolisAceleración – Masa – Fuerza
Fuerza de coriolis
Masa en movimiento
Movimiento angular
Si cambia de sentido elmovimiento angular o el
sentido del desplazamientode masa, cambia de sentido
la fuerza de coriolis.
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Principio de coriolisAceleración – Masa – Fuerza
Tubos acercándose Tubos alejándose
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Principio de coriolisFases – Pickoff entrada y Pickoff salida
SIN FLUJO
Pickoff de entrada
Pickoff de salida
CON FLUJO
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Principio de coriolisFactor de calibración de flujo
DESFASAJE
MICROSEGUNDOS
Factor decalibración
Coeficiente detemperatura
El factor de calibración de flujo se compone de 10 caracteres,incluyendo dos puntos decimales. Un valor típico de factor decalibración para un sensor Elite, podría ser 4.27454.75
Este valor tiene dos componentes:
1 .- Los primeros cinco dígitos (4.2745) expresan el factor decalibración. Cada sensor posee un único factor de calibración,este factor, multiplicado por el desfasaje expresado enmicrosegundos, da como resultado un valor de flujo másico engramos/segundo.
Por ejemplo, si el desfasaje es de 5 microsegundos, el flujomásico será 5 x 4.2745 = 21.3725 gr./seg.
2.- Los tres últimos dígitos (4.75) expresan el coeficiente detemperatura para el material constructivo de los tubos y se
utiliza para compensar el efecto de la temperatura sobre larigidez de los tubos. Este coeficiente está expresado en cambioporcentual de la rigidez, por cada 100ºC.
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DensidadPrincipio de operación
Relación entre masa y frecuencia de oscilación
La relación entre la masa y la frecuencia natural de oscilación es la base para la medición de la densidad enlos caudalímetros Micro Motion.
Para comprender esta relación, consideremos un sistema masa – resorte.
Si se incrementa la masa, la frecuencia natural disminuye, por el contrario, si la masa disminuye la frecuencianatural aumenta.
MICROSEGUNDOS
Sistema masa -resorte
Más masa, menorfrecuencia
Menos masa, mayorfrecuencia
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DensidadPrincipio de operación
Analogía con unsistema masa-resorte
Tubos vibrantes
Bobina
excitadora
Sistema masa-resorte
Los tubos de un sensor coriolis también poseenuna frecuencia natural de oscilación, ellosrepresentan el resorte y la masa de los mismos másla de su contenido, representa la masa suspendidadel extremo del resorte.
Cuando el medidor se encuentra en operación, la
bobina excitadora (energizada por el transmisor) esla que induce a los tubos para que oscilen a sufrecuencia natural.
Al igual que en un sistema masa-resorte, cuandoaumenta la densidad del producto que circula porlos tubos del sensor, aumenta también la masa quecontienen, por lo que la frecuencia de oscilacióndisminuye.
Por el contrario, si la densidad del productodisminuye, se traduce en un aumento de lafrecuencia natural de oscilación.
Los sistemas son análogos.
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DensidadPrincipio de operación
fn
f
Tr
Tr es la relación de transmisibilidad
Esta relación puede definirse como elcociente entre la salida y la entrada, algosimilar a la ganancia del sistema.
En otros términos, para nuestro caso, sepuede expresar como el cociente entre la
tensión alterna inducida en la bobina sensora(pickoff) y la tensión alterna aplicada a labobina excitadora.
Tr =Vac pickoff
Vac drive coil
fn es la frecuencia natural de oscilación o
frecuencia de resonancia y le corresponde elvalor más alto de transmisibilidad.
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DensidadPrincipio de operación
Entrada
Salida
Pickoffizquierdo
Frecuencia enciclos/seg.
Relación entre densidad y frecuencia:
La densidad se puede definir como la masa porunidad de volumen o la masa dividida el volumen.
El volumen contenido en los tubos del sensorpermanece constante por lo que la única forma deque cambie la masa es debido a un cambio en la
densidad. Dada la relación que existe entre masa ydensidad, la frecuencia natural de oscilación de lostubos no solo indica la masa del fluido quecontienen sino también la densidad.
De acuerdo a lo dicho, la densidad del fluido puedeobtenerse a partir de la frecuencia de oscilación delos tubos del sensor.
La señal de frecuencia se toma de la bobina
correspondiente al pickoff izquierdo o de salida.
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DensidadPrincipio de operación
Pickoff de entrada
Pickoffde salida
Período enmicrosegundos
Frecuencia enciclos/seg.
Período de la oscilación
La frecuencia se mide enciclos/segundos por lo que suvalor puede obtenerse contando
ciclos o bien midiéndo el período.Los transmisores Micro Motioncalculan la densidad del fluido apartir del período, es decir elnúmero de microsegundos porciclo.
La relación entre período yfrecuencia es inversa, por lo quela relación entre densidad yperíodo es directa.
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DensidadPrincipio de operación
Densidad alta de calibración
Fluido: agua
K2=10966 microsegundos
D2=0.9982 g/cm³
Período
de osc.En
(µseg.²)
K²
Densidad eng/cm³
Densidad baja de calibración
Fluido: aire
K1=10484 microsegundos
D1=0.0010 g/cm³
AIRE
AGUA
Calibración de la densidad
Cada conjunto sensor/transmisor MicroMotion se calibra en fábrica utilizandocomo fluido, aira y agua.
El medidor se pone en marcha con lostubos llenos de aire y el período deoscilación se graba como K1. La densidaddel aire se determina independientemente yse graba como D1.
Luego, se llenan los tubos con agua y segraba el período como K2. La densidad delagua, que también fue determinada enforma independiente se graba como D2.
Estos puntos, definidos por K1/D1 y K2/D2determinan una recta que caracteriza larespuesta de ese sensor respecto de lamedición de la densidad.
La ilustración muestra las densidades delos dos fluidos de calibración graficados en
función de los períodos generados.
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DensidadPrincipio de operación
Densidad alta de calibración
Fluido: agua
K2=10966 microsegundos
D2=0.9982 g/cm³
Período
de osc.En
(µseg.²)
K²
Densidad eng/cm³
Densidad baja de calibración
Fluido: aire
K1=10484 microsegundos
D1=0.0010 g/cm³
AIRE
AGUA
Factor de calibración de la densidad
Cuando se configura un transmisor para unsensor en particular, se graban en sumemoria los siguientes factores:
1.- Período de los tubos con aire (K1) 10484
2.- Período de los tubos con agua (K2) 10966
3.- Densidad del aire (D1) 0.0010
4.- Densidad del agus (D2) 0.9982
5.- Coeficiente de temperatura 4.39
El coeficiente de temperatura se utiliza pararealizar la compensación por efecto térmicosobre la elasticidad de los tubos, expresadoen porcentaje por 100ºC.
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DensidadPrincipio de operación
Densidad alta de calibración
Fluido: agua
K2=10966 microsegundos
D2=0.9982 g/cm³
Período
de osc.En
(µseg.²)
K²
Densidad eng/cm³
Densidad baja de calibración
Fluido: aire
K1=10484 microsegundos
D1=0.0010 g/cm³
AIRE
AGUA
Determinación de la densidad deproceso
La relación entre la densidad y el período deoscilación de los tubos es una funciónperfectamente definida. Si se conocen dospuntos (densidad/período) que definan la
respuesta del sensor, se podrá determinarcon gran exactitud la densidad de cualquierproducto, midiendo el períodocorrespondiente.
FLUIDO DE PROCESO
K = 10817
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Temperatura
Los sensores poseen una RTDde contacto, de platino y treshilos.
Esta RTD mide la temperaturade los tubos en el lado deentrada al sensor.
La medición de temperatura se
utiliza para compensar lasvariaciones en la elasticidad delos tubos, por efecto térmico.
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Flujo volumétrico
El flujo volumétrico es una medición secundaria
calculada a partir de dos mediciones primarias, flujomásico y densidad.
V = M
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Flujo volumétrico corregido
Dado que se conoce la temperatura, el medidor
puede calcular la densidad corregida de acuerdo a laecuación oficial API por lo que también puede calcularel volumen corregido.
Vstd = M
std (API)
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Trineo de Medición - Coriolis
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UNIDAD LACT DE LPG - Tierra delFuego
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4800
1 1 0 0
2”, 150# Slope 1:100
1 4 0 0
7 0 0
1 5 0 0
UNP 200
Loading with Three Meters in Parallel - Master Meter In-LineField Verification with Three Metere in Series
Proving Meters in Series
Verificación On Line en Campo
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Estandards de la Industria del Gas
American Gas Association
AGA 3 - Placas Orificio
AGA 7 - Turbina Axial
AGA 5 - Cálculos Energéticos AGA 8 - Cálculos de Supercompresibilidad
AGA 9 - Ultrasónico
AGA 10 - VOS (Calculada vs. Medida) - Borrador
AGA 11 - Medidores Coriolis ( Sep 2003 ) API 14.3 / ISO 5167 (Placa Orificio)
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Recomendación API para Coriolis
Figura 2 del API MPM Capítulo 5.6
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MICRO MOTIONLínea de productos