Upload
jaronjer
View
24
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
intrumentacion parte 2, en clases de tecsup
Citation preview
ESTADO DEL ARTE DE LOS
SISTEMAS DE
AUTOMATIZACIÓN
Medición de variables
Roberto Bacacorzo Cuba
VARIABLES A MEDIR Y
CONTROLAR
DE PROCESOS CONTINUOS
- Presión
- Temperatura
- Nivel
- Flujo (volumétrico y másico)
- Peso
- Variables analíticas (pH, conductividad, ORP, turbidez, etc.)
- Otras (Humedad, Espesor, etc.)
DE PLANTA
• Velocidad
• Longitud
• Presencia / Ausencia
• Cuenta
• Tiempo
DE SEGURIDAD
• Gases
• Vibración
• Humo
• Fuego
• Presencia de intrusos
• Fallas eléctricas
• Variables analíticas
OTROS
• Transferencia de Custodia (custody
transfer): Volumen
• Gestión de Activos fijos /
Mantenimiento: temperatura,
vibración, posición, etc.
• Medio Ambiente: Variables analíticas,
flujo, presión, Humedad relativa, etc.
SENSORES
Y TRANSMISORES
(Automatización de
Procesos)
Transmisores
• Son dispositivos que convierten una señal
medida en una señal estandarizada.
• Las señales de salida estandarizadas más
comunes son:
- Corriente: 4 – 20 mA (ISA) / 0 – 20 mA
(Europa)
- Neumática: 3 – 15 psi / 0.2 – 1 kg/cm2
PRESIÓN: la presión es la fuerza
ejercida sobre un área (P = F / A). Es
una variablemque se usa en casi
todas las actividades productivas.
Se mide con elementos mecánicos
(manómetros) o electrónico-mecánicos
(transmisores electrónicos analógicos
o inteligentes).
La presión se mide en Bar, psi, kPa,
etc.
ALGUNOS EJEMPLOS DE
CONSIDERACIONES A TENER EN
CUENTA EN INSTRUMENTACIÓN
DE CAMPO
Manómetros
Z O N A D E T R A B A J O (ANSI/ASME B40.1)
0 100 bar
1/3
2/3
3/3
Problemas de medición
• Corrosión
• Abrasión
• Pulsación
• Vibración
• Temperatura
• Sobrepresión
• Seguridad
Sellos de diafragma
• Proveen excelente
protección contra
la corrosión y
abrasión.
• Protección contra
la pulsación
(dampening).
Sifón (cola de chancho)
• Usado para servicio
de vapor
• Reduce la
temperatura y
condensa el vapor.
• Los instrumentos de
presión no miden el
vapor, sino líquidos y
gases
FRENTE SÓLIDO (Seguridad)
Tornillo de restricción
• Solución de bajo costo para problemas de pulsación.
• Restringe el ingreso del fluido, reduciendo el daño por pulsaciones.
Llenado de líquido (caja)
• Reduce el efecto
de la vibración
sobre la indicación
de los indicadores
con aguja.
Snubber
• Provee una solución
de bajo costo para
amortiguar el efecto
de las pulsaciones
(manómetros y
transmisores).
• Usado en servicio con
fluidos limpios.
Válvula de aguja
• Usada para válvula
de bloqueo y sobre
todo, como válvula
de purga.
• En el bloqueo, provee
protección contra las
pulsaciones.
Sobrepresión
• Válvulas de protección de instrumentos por sobrepresión.
• Al alcanzar la presión prefijada (presión de seguridad), se cierra impidiendo el paso del fluido hacia el instrumento. A
• Al bajar la presión, vuelve a abrirse.
• Rango de presión hasta 60,000 psi.
Block Valve
Handle
Lockout
Bleed Valve
Secondary
Port
Bleed Port
vs
TEMPERATURA: Es la variable
industrial más importante. A nivel
productivo, se mide en °C o °F.
Los sensores de temperatura son muy
diversos, desde los elementos
mecánicos (termómetros bimetálicos),
de dilatación (termómetro de vidrio y
otros), hasta los eléctricos (RTDs,
termocuplas, termistores, IC) o de no
contacto (infrarrojos).
Instrumentos de Temperatura
• Termómetros de vidrio
• Termómetros de lectura remota
• Termómetros bimetálicos
• Circuitos Integrados
• Termistores (NTC, PTC)
• RTDs (Pt100)
• Termocuplas (J, K, R, S, B, W)
• Radiación (Ópticos e Infrarrojos)
Termómetros bimetálicos
• Precisión 1%
• Temperaturas continuas hasta 425 °C
• Longitudes de vástago hasta 24” (comúnmente, hasta 15”)
RTD’s
TERMOPOZOS C O N I C O CON / SIN EXTENSION
MAXIMA TEMPERATURA-PRESION CON ¼”
TERMOPOZOS C O N I C O BRIDADO
MAXIMA TEMPERATURA-PRESION CON ¼” &
3/8”
1. CONCEPTOS TEÓRICOS
TERMOMETRÍA INFRARROJA
• Los rayos infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por Frederick William Herschel, astrónomo y músico alemán nacido en 1738.
• El observó que más allá del rojo, la radiación producía temperaturas más elevadas que las de la luz solar.
• La Termometría y la Termografía Infrarroja se basan en las leyes y principios de la Transferencia de Calor.
• La Transferencia de Calor es la Ciencia que busca predecir la transferencia de energía entre cuerpos, como resultado de una diferencia de temperatura.
Modos de transferencia de calor
• Conducción
• Convección
• Radiación
• Los mecanismos de conducción y convección involucran la transferencia de energía a través de un medio material.
• El calor también se puede transferir a regiones en donde existe el vacío perfecto. En este caso el mecanismo es la radiación electromagnética.
• Todo cuerpo que tenga una temperatura mayor del cero absoluto (0 ºK) emite energía, debido al choque entre sus moléculas.
• Un cuerpo negro emite sólo su energía propia (Emisividad = 1), que es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo:
• Ley de Stefan-Boltzmann para cuerpos negros:
E = K T4
• En la práctica, existen cuerpos grises a brillantes, con emisividades menor que uno ( < 1).
• La ley general de Stefan-Boltzmann es la siguiente:
E = K T4
K : Constante de Boltzmann :
5.669 x 10-8 W/m2.K4
: Emisividad del cuerpo T : Temperatura del cuerpo que emite energía
• Eso significa que todo cuerpo emite una energía que está relacionada con su temperatura elevada a la cuarta potencia.
• En cuanto más temperatura tiene el cuerpo, más fácil es medir su energía.
• Los termómetros y las cámaras Infrarrojas captan energía.
Emisividad y Cuerpos Negros
Cuerpo Negro Ideal “Cuerpo Real”
Absorción y emisión perfectas
Algo de energía es reflejada y transmitida
Emisividad ( ) =1 Emisividad ( ) < 1
I
I
I
I
R
T
I
Fuentes de Energía Infrarroja
Objeto
Sensor R
T
E
R + T + E = Energía Total I = Energía Incidente R = Energía Reflejada T = Energía Transmitida E = Energía Emitida
Reflectividad, Transmisividad, Emisividad
Ambiente
I
Transmisión en el Espectro IR de Plásticos
Longitudes de onda en las que la transmisión es aproximadamen zero (3.43 para poly-ethylene; 7.9 para polyester)
Longitud de onda en Micrones
Tra
nsm
isió
n %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Polyethylene 0.03 mm (1 mil)
0.13 mm (5 mils)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 Tran
smis
ión
%
Longitud de onda en Micrones
Polyester 0.03 mm (1 mil)
0.13 mm (5 mils)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Emisividad vs. Long. de onda
varía con long. de onda (cuerpos no grises)
= 0.9 (cuerpo gris)
Ener
gía
Rel
ativ
a
Long. de onda (micrones)
= 1.0 (cuerpo negro)
Distribución espectral para Diferentes Emisividades
• La mayor concentración de energía se da en la región de menor longitud de onda, para las más altas temperaturas.
Espectro Electromagnético
Visible
Ultraviolet Infrared X-rays Gamma
Rays Radio
EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF
0.1A 1A 1UA 100A 0.1µ 1µ 10µ 100µ 1cm 0.1cm 10cm 1m 100m 1km 10km 100km
Longitud de onda
10m
30 20 15 10 8 6 4 3 2 1.5 1 0.8 0.6 0.4
Longitud de onda (µm)
Región de Medición Infrarroja
Sub-espectros infrarrojos utilizados para termografía
• NIR – Infrarrojo cercano (Near Infrared): 0.8 a 2.5 m
• MWIR – Infrarrojo de Onda Media (Mid Wave Infrared): 2.5 a 5.5 m
• LWIR – Infrarrojo de Onda Larga (Long Wave Infrared): 7.5 a 14 m
2. TERMÓMETROS INFRARROJOS
• Se desarrollaron hace más de 50 años, para aplicaciones en la industria siderúrgica (altas temperaturas).
• Los primeros modelos tenían mucho error y no representaban un gran avance respecto a los pirómetros ópticos (por radiación parcial).
Características actuales
• Miden temperaturas (según la lente) desde -50 ºC hasta 3000 ºC
• Rapidez de respuesta desde 700 ms hasta 1 ms
• Precisión hasta 0.75 %
• Resoluciones ópticas hasta 300:1
• Incorporan avances de la electrónica digital y transmisión de datos
¿Cuándo Usar termómetros Infrarrojos?
Para medir la temperatura de
objetos (sólidos o líquidos) que tengan las siguientes
características:
• Objetos en movimiento
• Objetos ubicados en lugares de difícil acceso.
• Objetos cuya manipulación es peligrosa.
• Tener una rápida lectura (tiempo de respuesta menor de 1 seg.)
• Medida de la temperatura de una superficie (promedio).
• Altas temperaturas.
• Mantenimiento predictivo.
¿Por qué se usan en
Mantenimiento predictivo? • Porque la detección de puntos calientes
es reconocida como una de las mejores técnicas de predecir una falla antes de que esta ocurra.
• El calentamiento de conexiones, seccionadores, etc. se produce mucho antes de que se tenga una falla.
Sistema de medición Infrarrojo
Ventanas y óptica
Objeto Medio ambiente Detector Display, electrónica
y salidas
453¡C
SP1 470¡C
EMS ¯.85
Termómetro Infrarrojo
CUERPO RADIANTE
LENTE TERMOPILA
Resolución Optica
Distancia del sensor al objeto
Diámetro del haz
2.5 0.1
7.5 0.3
14 0.6
21 0.8
33 1.3
mm inch
0 0
25 1
50 2
76 3
130 5
mm inch
Diámetro del haz
Diámetro del haz
= D:S
¿Cómo realizar una buena medición?
1 Colocarse perpendicularmente al objeto del cual se desea medir su temperatura. Si no es posible, hacer un ángulo no mayor de 45º con respecto a la vertical.
2 Verificar que el ambiente entre el
objeto a medir y el termómetro esté
limpio (libre de polvo, humo, vapor,
partículas suspendidas, etc.).
3 La distancia del termómetro al objeto no debe ser mayor que la permitida por la resolución óptica (D:S)
4 Ajustar la emisividad para el cuerpo a medir.
5 Si el objeto está dentro de un ambiente cuyas paredes tienen mayor temperatura (p.e. un horno), ajustar la compensación de temperatura ambiente.
6 Usar el termómetro que tenga lente para la menor longitud de onda posible.
7 La temperatura ambiente no debe ser mayor de 50 ºC (portátiles) o 315 ºC (fijos, con refrigeración por agua).
8 No someter el termómetro a cambios bruscos de temperatura ambiente.
Enfoque del Objetivo
El Objeto debe ser cubierto en su totalidad por el haz
Optima Buena Incorrecta
Sensor
El objetivo es más grande que
el haz El objetivo es del tamaño del
haz
El objetivo es más pequeño
que el haz
Errores de Temperatura debidos a
Emisividad Incierta* 10
8
6
4
2
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
8-14 µm
1.0 µm
Solución: Use la menor
longitud de
onda
% E
rro
r en
Tem
per
atu
ra
Temperatura del Cuerpo (°C)
*Error de Emisividad asumido de 10%
5.0 µm
3.9 µm
2.2 µm
Temperatura Ambiente
Corrección de compensación de Temperatura ambiente para temperaturas más altas que la del objetivo
Desventajas de los Termómetros IR
• No pueden medir temperaturas interiores (sólo miden temperaturas superficiales).
• No pueden realizar mediciones puntuales (miden áreas).
• Tienen dificultad para medir temperatura de metales brillantes (oro, plata, zinc, cromo, acero inoxidable, etc.).
Selección de un termómetro Infrarrojo para Mantenimiento
• Determinar el rango de medición (si es posible, seleccionar el termómetro de menor longitud de onda).
• Seleccionar la resolución óptica.
• Determinar el tiempo de respuesta más apropiado.
• Determinar el o los tipos de señal de salida necesarios (mV, mA, TC, RS232, RS485, etc.)
• Determinar si necesita memoria interna (según modelo)
• Determinar si se requiere medir sólo la máxima temperatura o también son necesarias la Min, Avg y Dif.
• Seleccionar el tipo de apuntador (láser, mira telescópica, etc.)
• Servicio técnico, asesoría, etc.
• Precio (después de haber seleccionado las características que más se ajustan a la necesidad)
Consideraciones finales
• Los termómetros infrarrojos se usan para proceso, mantenimiento e investigación. Su uso es excluyente.
• Un sólo termómetro infrarrojo no puede usarse para todas las aplicaciones posibles en una misma planta industrial compleja.
• Se calibran con cuerpos negros.
Ventanas
• Para aplicaciones especiales, se pueden usar ventanas (paredes de hornos) para medir a través de ellas.
• Las más usadas son de AMTIR y CUARZO.
• La pérdida de radiación es proporcionada por el fabricante para su compensación.
Transmisión de IR Materiales de Ventanas
Longitud de Onda (micrones)
Porc
enta
je d
e Tr
ansm
isió
n
0
20
40
60
80
100
5 10 15
Barium Fluoride Calcium Fluoride AMTIR-1 Fused Silica Germanium Zinc Selenide Zinc Sulfide
Aplicación
NIVEL: Es una variable que se usa
mucho en procesos en donde intervienen
tanques, reactores, pozos, etc.
Se mide en Metros o pulgadas.
Hay diversos tipos de tecnologías (más
de 20), divididas en aplicaciones para:
- Medición Discontinua
- Medición Continua
- Transferencia de Custodia y/o Control
de Inventarios
Instrumentos de Nivel
DISCONTINUO
• Flotador o boya
• Magnético
• Vibración
• Hidrostático
• Electrodos
• Paleta
Acción discontinua
MEDICIÓN CONTINUA
• Vaso visor (level glass)
• Presión (manométrica y diferencial)
• Capacitivo
• Magnético (magnetostrictivo)
• Contrapresión hidrostática (burbujeo)
• Peso
• Ultrasónico
• Radar (onda guiada y onda de
propagación libre)
Sensor de Nivel Magnético con
flotador
Aplicaciones
• Storage tanks • Process tanks
– Low velocity agitation will not effect performance
Tanque
Líquido
Diferencia
de Tiempo
=
Nivel
Pulso
Emitido
Pulso
Emitido
Monitor de Nivel Ultrasónico
– Un pulso de sonido de alta frecuencia (ultrasónico) es dirigido hacia el fluido
– El sonido se refleja desde la superficie del fluido y regresa a la electtrónica
– El tiempo que tarda el sonido desde que fue emitido hasta ser recibido es medido para determinar el nivel del fluido
Tanque de almacenamiento
Gauging Well
Datum point
Probador para Tanque .
Mechanical
Float and Tape
Servo systems
Sonar
Ultrasonic
Radar
Smart Cable
Magnetostrictive
Resistance Tape
RF/ Capacitance
Hybrids
Conventional
Hydrostatics
Servo or Float Radar
Gauging Well
Datum point
ITT Barton
Tank Probe assy.
Magnetostrcitive
FLUJO: Es la cantidad de fluido que
atraviesa una determinada sección
(área) transversal.
El flujo puede ser instantáneo (lpm) o
totalizado (m3). También puede ser
volumétrico (gpm) o másico (T/h).
Aprox. 40% del total de ventas en
sensores en el mundo son de
medidores de flujo, porque miden
directamente los costos.
El Flujo puede ser laminar o turbulento, dependiendo de la
distribución que adopte dentro de una tubería.
• Existe un número adimensional,
llamado Número de Reynolds, que
relaciona:
Re = (v x d) /
donde: v : m / seg
d : m
: m2 / seg
• El número de Reynolds determina si
el flujo es laminar o turbulento.
También indica los efectos de la
viscosidad y velocidad en el
desarrollo de un flujómetro.
• Recr = 2300
• Por debajo de 2100, el flujo es
laminar y la relación aprox. de
Vmax / Vmin = 2
• Para los flujos turbulentos, aprox.
Vmax / Vmin = 0.8 a 0.9
• Re > 3000 : Flujo turbulento
• La mayoría de flujómetros requieren un
régimen laminar para realizar una
correcta medición, lo que implica
asegurar las condiciones requeridas
mediante la adecuada instalación de los
flujómetros, de fuentes que producen
turbulencia (codos, Tees, válvulas,
reducciones, etc.)
• Ejemplos de
aparición de
vórtices debido a
irregularidades o
presencia de
objetos en las
tuberías.
• Vórtices: zonas de
muy baja o nula
presión que
generan
turbulencia.
Instrumentos de Flujo
Volumétrico • Presión diferencial (placa orificio, Tubo Venturi,
tobera, tubo Pitot, V-Cone, Annubar, Wedge,etc.)
• Área Variable: rotámetros
• Turbina
• Paleta
• Vortex (líquidos y gases)
• Desplazamiento positivo
• Electromagnético
• Ultrasónico (tiempo de tránsito y Doppler)
RANGEABILIDAD (TURNDOWN o
RANGEABILITY)
Es el cociente del valor máximo
entre el valor mínimo de un
instrumento. Sirve para determinar
si el instrumento va a poder ser
usado para amplias variaciones de
la variable medida. Ej: 80/20 = 4
PRESIÓN DIFERENCIAL VENTAJAS
• Usado en Líquido, Gas o vapor
• Apropiado para Temperaturas y
Presiones extremas
• No tiene partes móviles
• Bajo costo
DESVENTAJAS
• Rangeabilidad limitada (3:1 hasta
20:1)
• Afectado por cambios en
Densidad, Temperatura, Presión y
Viscosidad
• Requiere transmisores o
elementos secundarios
• Baja precisión
Presión Diferencial
Wedge™ Flow Meter para Líquidos, Slurries, Gases and Vapor
• Los elementos Wedge ofrecen una restricción al flujo tipo ”V”
Higher Pressure, Lower
Velocity
Lower Pressure, Higher
Velocity
Cut-Away View Bore View
• La restricción Wedge tiene una relación H/D
• El valor equivalente al puede ser calculado como H/D o
usar un equivalente en tablas (Flow Measurement
Engineering Handbook)
D H
H/D Ratio usar Beta Ratio
0.2 0.38
0.3 0.50
0.4 0.61
0.5 0.71
0.6 0.79
0.7 0.86
• Wedge flow equations: Flow rate = C x [ Px ]1/2
Q(GPM) = 5.668 x Fa x Kd2 x [h/g]1/2
Q(SCFH) = 7727 x Fa x Fpv x Y x Kd2 x [(h x P)/(G x T)]1/2
Kd2 derived from lab data
Fa effect of expansion/contraction on and d
Fpv velocity approach factor (function of )
Y accounts for density change in compressible
fluid as it passes through restriction
h differential pressure across restriction
g liquid specific gravity
G gas specific gravity
P process pressure in psia
T process temperature in degrees Rankine
•1/2 in a 24 in.
•Transmisores DP transmitter con
sellos remotos (capilares llenados)
•Soporta altas presiones (1,500
psi)
•Temperatura hasta 300 °C
•0.75% (1/2 in.) o 0.50%(>1/2 in.)
del flujo calibrado
• Medición Bidireccional
• Aplicaciones: fluidos tipo barro,
con gran cantidad de sólidos en
suspensión, multifase, etc.
AREA VARIABLE (rotámetro)
VENTAJAS
• Bajo costo
• Usado para Líquidos, Gases y Vapores
• Buena precisión
• Rangeabilidad: 10:1
DESVENTAJAS
• Afectado por cambios en temperatura y
densidad
• Sólo para fluidos limpios
• Para bajas presiones
V
TURBINA VENTAJAS
• Alta precisión (lineal)
• Usado para altas presiones
(hasta 7,500 psi)
• Líquidos, gases o vapores
• Rangeabilidad: 10:1 hasta
20:1
• Medición bidireccional
DESVENTAJAS
• Sólo para bajas
viscosidades
• Partes móviles
• Fluidos sin partículas en
suspensión
Rotor
Straightener/Diffuser
Assemblies
Bearing
VORTEX VENTAJAS
• No tiene partes móviles
• Para Líquidos, Gas o Vapor
• No se vé afectado por cambios en
la Presión, Temperatura o
Densidad
• Alta Rangeabilidad (40:1 hasta
70:1)
DESVENTAJAS
• Sensible a la vibración (aún con
sensores de compensación)
• Sentitividad al régimen del flujo
(Vortex)
Medidor de Swirl Medidor de Vortex
EFECTO VON KARMAN
donde:
V = Velocidad del Fluido
b = Ancho del cuerpo
b 0.25D
St = Número de Strouhal
f = Frequencia
D = Diámetro interno
Desplazamiento Positivo
VENTAJAS
• Capacidad de soportar fluidos
con gran cantidad de partículas
• Usualmente tiene asociado un
contrómetro mecánico
• Líquidos
• Rangeabilidad: 10:1
• Soporta altas temperaturas
• No requiere flujo laminar
DESVENTAJAS
• Sólo para bajas viscosidades
• Muchas partes móviles
• Baja precisión (2 %)
ULTRASÓNICO
VENTAJAS
• No tiene partes móviles
• No intrusivo
• Alta Rangeabilidad
DESVENTAJAS
• Muy influenciado por el
régimen del fluído
• Errors debido a partículas y
características de tubería
V
MAGNÉTICO
VENTAJAS
• No tiene partes móviles
• Alta Rangeabilidad (100:1)
• Ideal para fluidos tipo barro
(slurries)
• No obstruye las tuberías (caída de
presión despreciable)
• Medición bidireccional
DESVENTAJAS
• Los Líquidos deben ser
conductivos (parecidos al agua,
conductividad mínima 0.5 s)
• Limitado por presiones y
temperaturas
Flujómetros Electromagnéticos
¿Hasta qué diámetro podemos llegar?
Ejemplos de longitud mínima requerida de tubería
recta aguas arriba
15 D
codo
18 D
Te
Válvula
compuerta abierta
10D 5D
Válvula control
30-50D
Reduc.
20D
Expansión
20D
• La instalación de los flujómetros es muy importante para una correcta medición.
• En la mayoría de las tecnologías, se requiere tener un régimen laminar.
• Si la instalación se hace en una tubería existente en donde no hay el espacio suficiente para tener los diámetros aguas arriba y aguas abajo requeridos, se deben usar venas de enderezamiento.
Venas de enderezamiento (acondicionadores de
flujo)
Instrumentos de Flujo
Másico
• Térmico (gases)
• Coriolis (líquidos y gases)
MÁSICO CORIOLIS
VENTAJAS
• Medición directa de la masa
• Alta precisión
• Medición directa de la densidad
• No es afectado por el régimen del
fluido
DESVENTAJAS
• Alto costo
• Alto costo de instalación
• Limitación en diámetro (hasta 6”)
• Sensible a la vibración
Medidores de Coriolis
Sistemas de Medición directa de Flujo Másico
Medidores Másicos son los más precisos y de mejor repetibilidad
(típicamente 0.15% de flujo másico).
50:1 Rangeabilidad.
Excelente confiabilidad y larga estabilidad debido a “no hay
partes en movimiento”.
Medición directa de masa y densidad
Elimina incerteza volumetrica debido a variaciones en
temperatura, aire atrapado , viscosidad, densidad y cambios de presión.
¿Por qué Medición de Flujo Másico ?
55 gallons a 20°C 55 gallons a 50°
• Flujo Volumétrico está sujeto a errores
substanciales debido a variaciones en
temperatura, presión y viscosidad.
Phase
Frequency
Temperature
Coriolis Reaction
(mass flow)
Density (fluid)
Liquid (± 1° C)
Características del Sensor Primario
Dieño balanceado
Construcción Robusta
Multiples conecciones
Caja Herméticamente sellada
-140 to +400 Deg F
hasta 2,200 PSIG
0.03 to 15,000 Lb/Min
FM, CSA, CENELEC, and
CE approvals
Coriolis Operating Principle
Coriolis force is
proportional to the:
change in angle
change in time
Angle Y >> Angle X
Change in time:
120 Hz >> 80 Hz
Fluid in tube has a small rotation for a large tube vibration.
Fluid in tube has a large rotation for a small tube vibration.
Angle X Flow
Angle Y Flow
Coriolis Operating Principle
The mass flow rate is derived
from the inlet to outlet phase
shift.
The density is derived by
vibration frequency.
The temperature is measured
and used to correct for changes
in the stiffness of the vibrating
tubes.
Note: The density and mass flow
are only valid when the meter is
full and vibrating.
mass flow rate / K
K / fluid density
Coriolis Operating Principle More Signal from the Tubes
Small amplitude gives lower stress
and greater safety
Large rotation angles give large
Coriolis force.
Pure rotation at nodes - not
bending
Higher frequency gives greater
resistance to external vibration
z Flow
F Coriolis
F Coriolis
Fundamental Frequency
Harmonic Frequency
Flow
F Coriolis
z
F Coriolis
Comparación de tecnologías
Orifice Venturi Magnetic Coriolis Vortex Swirl VA Turbine
Clean Liquids
Dirty Liquids
Slurries
General Gases
Steam
Low Velocity
High Temp
Cryogenic Liquid
Density Swing
- Very Fle xible Offe ring - Applicable Under Ce rtain Conditions
- Some Limitations Apply - Strict Limitation Apply
Flowmeter Attributes
Orifice Venturi Magnetic Coriolis Vortex Swirl VA Turbine
Size Range
.04 to 144" 4 to 48" .04 to 144" .06 to 6" .5 to 12" .75 to 16" .06 to 3" .25 to 24"
None 4 to 48" .04 to 120" .125 to 3.0" .5 to 12" .75 to 16" .06 to 3" .25 to 12"
Accuracy 1.00% 1.00% 0.50% 0.25% 0.75% 0.50% 3.00% 0.25%
Turn Down
4 to 1 4 to 1 100 to 1 100 to 1 20 to 1 25 to 1 10 to 1 15 to 1
Pressure Loss
Medium Medium None High Low Low Medium Medium
Cost Low Low Medium High Low Low Low Medium
- Very Flexible Offering - Some Limitations Apply - Strict Limitation Apply
Instrumentos de Flujo
Computadores de flujo
• Flujo volumétrico compensado con
Presión y Temperatura.
• Medición o cálculo de Densidad
REGISTRADORES DE
CARTA GRÁFICA
• Compuestos por elementos mecánicos
• Tienen una unidad de presión
diferencial
• Utilizan un sensor de presión estática
• Opcionalmente, tienen sensor de temperatura
• El cálculo del flujo se realiza midiendo la Presión diferencial, compensándola
con la presión estática.
• Flujo = área circunscrita por la curva de la carta
Qv = K ( P)1/2
Q = CANTIDAD DE FLUJO
K = COEFICIENTE DE DESCARGA
P = CAÍDA DE PRESIÓN
VENTAJAS
• SON MUY ROBUSTOS
• SON MUY
CONFIABLES (OPERAN
DESDE HACE MÁS DE
4 DÉCADAS)
• NO NECESITAN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA
DESVENTAJAS
• NO DAN
DIRECTAMENTE EL VALOR DE FLUJO
• POR SER MECÁNICOS, NECESITAN CONTINUO MANTENIMIENTO
• NO TIENEN POSIBILIDAD DE COMUNICACIÓN NI MEMORIA DE DATOS
COMPUTADORES
DE FLUJO
• Son equipos electrónicos con variadas
características y facilidades.
• Entregan el valor de flujo volumétrico
instantáneo y totalizado calculado y
compensado (por presión y temperatura).
• También pueden entregar los valores de
presión estática, presión diferencial,
temperatura, flujo masa, densidad, etc.
• Tienen capacidad de conectarse
directamente con densitómetros,
cromatógrafos de gases, etc.
SENSORES
• ACEPTAN UNA AMPLIA GAMA DE
SEÑALES PROVENIENTES DE
DIFERENTES SENSORES:
• FRECUENCIA: VORTEX, TURBINA O
DESPLAZAMIENTO POSITIVO
• LINEAL: SEÑALES DE 4 - 20 mA o 1
- 5 VOLTIOS
• SALIDAS ANALÓGICAS, DISCRETAS Y DE COMUNICACIÓN SERIAL
• INCORPORA VALORES DE TABLAS DE ESTÁNDARES INTERNACIONALES (AGA, API) PARA CORRECIÓN DE VALORES DE FLUJO.
• ALIMENTACIÓN CON ENERGÍA ELÉCTRICA DC o A TRAVÉS DE PANEL SOLAR (OPCIONAL)
• PARA APLICACIONES DE GAS, TIENE LA GRAN VENTAJA DE QUE (CONECTADO A UN CROMATÓGRAFO DE GASES) ACTUALIZA CONSTANTE-MENTE LA COMPOSICIÓN DEL GAS, COMPENSANDO EL FLUJO CALCULADO.
• SON EQUIPOS CON CERTIFICA-CIONES A PRUEBA DE EXPLOSIÓN Y SEGURIDAD INTRÍNSECA.
Fórmula API/ASTM
215
215 ρ0.01
t0.0042092
ρ0.01
0.87096t0.000215921.6208
4
ap
e10F
donde
FP1VVVolumen en condiciones actuales
VP Volumen a condiciones actuales
Va Volumen a presión atmosférica
F Factor de compresibilidad
15 Densidad a 15 °C y presión atmosférica [Kg/m3]
t Temperatura [°C]
P Presión [bar]
FP PT TT
XFC
- DIV2 XSeries Flow Computer
- Integral Multivariable
- Battery, Charger
- 2AI, 2DI/PI, 2DO
- 3 Comm Ports
- Integral Comm Device
- Extendable IO / Software
- Gen Purpose Monitor/Control
microFLO - DIV2 uFLO Flow Computer
- Integral Multivariable
- Battery
- Charger
- 2 Comm Ports
- Integral Comm Device
XRC + Analog Transmitters
Same as any XRC
XRC + Modbus MV
- DIV2 XSeries Remote Controller
- External DIV1 Modbus Multivariable
- Battery, Charger
- 5AI, 4DI/2PI, 4DO
- 3 Comm Ports
- Integral Comm Device
- Extendable IO / Software
- Gen Purpose Monitor/Control
XFC
- DIV1 XSeries Flow Computer
- Integral Multivariable
- External Battery, Charger
- 1AI, 1DI/PI, 1DO
- 3 Comm Ports
- Extendable IO / Software
- Gen Purpose Monitor/Control
• Typical Applications:
– Custody Transfer Quality measurement
– Stream gas measurement & control
– Gas & Liquid measurement applications
• separate or combined
– Oil / Gas production Separator automation
– Production Optimization Applications
Control Features
• On - off
• Proportional & integral
• Nomination based
• Emergency shut down
Production Optimization
• Blow-down control
• Plunger lift control
• Patented water lift systems
• Pig launching
Calculations
– AGA 3 (1992)
– AGA 7 (2006)
– AGA 8 (1994) Detailed and Gross Methods
– AGA 9
– ISO
– AGA 3 1992
– AGA 7
– Various Super Comp.
– API MPMS Chap.11 (Liq. Pressure correction)
– API 2540 (Liq. Temp correction)
Gas Applications
• Custody Transfer Measurement
– 35-60 days of Hourly Historical Records
– Auditable Event & User Change Logs
• Line Balance / Leak Detection
• Well Head Production Monitoring
• Simple Control functionality built in
– flow run switching
– ESD capability
– Remote Monitoring and control
Liquid Applications • LACT Metering
– LACT - Lease Automatic Custody Transfer
– API 2540 Calculations
– Volume corrected for temperature and density
– Corrects for water content (BS&W) based on live input
• Wellhead Production Metering
• Transfer Terminals
• NGLs
• Miscellaneous liquids and gases
Gas Measurement and Artificial Lift Pump Control
XFC 6413 measuring Gas and Controlling Water-lift Beam Pump
ESP Pump Data Logging and Control
XRC 6490 and IMC 2250 Controlling an Oil Well ESP
Gas Measurement with USFM
XRC 6490 and an Instromet USFM
Gas Quality Analysis
NGC 8206 / XMV Energy Meter on Orifice Meter Station
Large Meter Station Monitoring
XRC 6490 and Btu 8000 on Large Meter Station Skid
Detectores
• Los detectores tienen el propósito de detectar lo más rápidamente posible la presencia de un gas explosivo. Su precisión es de 2%
• En los analizadores de gases, interesa la precisión, aunque no son tan rápidos en presentar resultados.
• Olfato – Poco confiable
• Pajarito – Poco confiable
Cómo se detectan gases?
• Catalítico - Gases Explosivos
• Electroquímica - Gases Tóxicos y
Oxígeno
• Conductividad Térmica- Volumen de
Gas
• Infrarojo - Explosivos (C1 a C8 y H2) y
Dióxido de carbono
• Ionización - Vapores inflamables (VOC)
Consideraciones Finales
• Tener en cuenta cableado y otros
medios de comunicación
• EMC
• Salidas: relays, SSR, SCR, analógicas
(voltaje o corriente), etc.
• Comunicación: Protocolos
• Software
CONCLUSIONES
• Al realizar un trabajo de ingeniería
y/o instalación de instrumentos,
equipos o sistemas de medición y
control, es recomendable tener en
cuenta lo especificado en:
• Normas y estándares
• Procedimientos
• Recomendaciones del fabricante
• Recomendaciones de entidades y
Asociaciones que realizan estudios
sobre temas específicos.
• Recomendaciones de empresas que
realizan ensayos independientes.
Las buenas prácticas en Ingeniería
de Medición y Control, usando
estándares, normas y criterios
aceptados, harán que:
- Las instalaciones sean más seguras
- Se ahorre dinero y tiempo
- Puedan documentarse fácilmente
los trabajos realizados