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1MEDIDORES DE TURBINAAna Salcedo Danelys BernalJavier MonsalveMnica GmezWilson Jos ParodiMEDICIN DE HIDROCARBUROSUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER2013 Ing. Julio Prez

Fuente: iftargentina.com12AGENDA: INTRODUCCIN1. CARACTERSTICAS Y TERMINOLOGA2. MEDIDORES DE TURBINA3. CONSTRUCCIN4. REQUERIMIENTOS DEL DISEO DEL MEDIDOR DE TURBINA5. ESPECIFICACIONES DE INSTALACIN6. OPERACIN7. CONDICIONES OPERACIONALES8. RENDIMIENTO9. CLCULO DE FLUJO VOLUMTRICO Y MSICO

3INTRODUCCINFuente: iftargentina.com4CARACTERISTICAS Y TERMINOLOGA

5CARACTERSTICAS Y TERMINOLOGA

Fuente: http.www.hydrocarbononline.com6

MEDIDORES DE TURBINA

Fuente: iftargentina.com7CONSTRUCCIN

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

8CONSTRUCCIN

Fuente img: http://spanish.alibaba.com/ 9CONSTRUCCIN

Fuente: http://www.gasandcontrols.com/10

Los medidores de turbina solamente operan en un sentido.

REQUISITOS DE INSTALACINSi existe flujo en sentido contrario, es posible que no se dae el medidor pero ocasionar registros errneos de volumen.

Tomado de: Google imagenes11REQUISITOS DE INSTALACIN

Los medidores de turbina son diseados para orientacin horizontal.Puede utilizarse una orientacin vertical, pero es necesario consultar con el fabricante.

Tomado de: Google imagenes 12REQUISITOS DE INSTALACINLas conexiones de entrada y salida del medidor y las bridas de la tubera acompaante se deben alinear concntricamente.

Tomado de: Google imagenes

13REQUISITOS DE INSTALACIN

Deben mantenerse libres de cualquier deposito que pueda afectar el rea de seccin transversalSuperficies internas - rugosidades

Soldadura de las tuberas -- sin sobresalir

Tomado de: Google imagenes

14REQUISITOS DE INSTALACINSe encuentra en la parte inferior del medidor Asegura una buena lectura de la temperatura del gas que fluye

Tomado de: AGA 715REQUISITOS DE INSTALACINDeteccin de la presin

Tomado de: AGA 7 16REQUISITOS DE INSTALACIN

Elimina los efectos de turbulencia

Tomado de: AGA 7 17

INSTALACIN RECOMENDADA PARA MEDIDORES EN LNEAAntes del acondicionador - Antes del medidor :10 veces DNTDespus del acondicionador antes del medidor 5 veces DNT

Tomado de: AGA 7 18INSTALACIN DE ACOPLE CORTO

Tomado de: AGA 7 Se utiliza cuando el espacio es limitado4 veces DNT Mnimo: 2 veces DNTUtilizan codos o camisasError: 0,4 %

19INSTALACIN DE ACOPLE CERRADO

Tomado de: AGA 7 Se utiliza cuando el espacio es limitadoError: 0,4 %Utilizan codos o camisas20INSTALACIN SUGERIDA PARA MEDIDORES DE CUERPO ANGULAR

Tomado de: AGA 7 No acondicionador de flujo = 10 veces DNTSi acondicionador de flujo = 5 veces DNTNo se sabe el error21PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Entrada

El medidor de velocidad o medidor de turbina "deduce" la medicin volumtrica usando el concepto de velocidad. Cuerpo

Lectura mecnica o elctrica

Cono de nariz

Alojamiento del mecanismoFuente: FUNDAMENTALS OF GAS TURBINE METERS, John Gorham, http://www.asgmt.com/default/papers/asgmt2006/docs/a8.pdf.El medidor de turbina consta de tres componentes bsicos:

Cuerpo

Mecanismo de medicin.

Dispositivo de salida y lectura.Rotor de la Turbina

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Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elster-americanmeter.com.La energa cintica es la fuerza impulsora de un dispositivo tipo turbina. > Velocidad del flujo de gas > Energa cintica KE: Energa cintica (fuerza impulsora)M: Masa (presin)V: Velocidad (tasa de flujo)La energa cintica o fuerza impulsora es el concepto que le permite al medidor superar los efectos adversos de friccin. Los errores de medicin causados por friccin son frecuentes a bajas tasas de flujo y/o bajas presiones de operacin.

Importante: Tomar precauciones en la eliminacin de la friccin a travs de un correcto tamao e instalacin, as como realizar procedimientos de mantenimiento y lubricacin.23

Interaccin de las molculas de gas con la superficie del medidor de turbina. Es funcin de las caractersticas del flujo de gas y del diseo interno del medidor.Interaccin natural de las piezas mviles (engranajes, acoplamientos etc.)

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Fuente: FUNDAMENTALS OF GAS TURBINE METERS, John Gorham, http://www.asgmt.com/default/papers/asgmt2006/docs/a8.pdf.Velocidad de rotacin proporcional a la Velocidad de flujo10973218654

30 45Alabes del rotor Eje horizontalCojinetes EngranajesEje verticalAcoplamiento magnticoTren de engranajesPlaca de ndice25

Los medidores de turbina estn diseados para medir con precisin grandes volmenes de gas natural, aire, nitrgeno, dixido de carbono, vapor de propano, y otros gases no corrosivospara usos comerciales e industriales.

Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elster-americanmeter.com.26Sin presencia de fuerzas retardantes.Aspas del rotor infinitamente delgadas.Fuerza de conduccin concentrada en el radio medio del aspa.Distribucin uniforme de la velocidad del fluido entrando en direccin axial.

r = radio medio del rotorA = rea anular de flujo = ngulo del aspaQ = velocidad de flujo volumtrico = velocidad de rotacin del rotorV= velocidad del gas para un medidor dado.

La velocidad del rotor es directamente proporcional a la velocidad de flujo. Fuente: INSTROMET, Turbine gas meter Handbook, Gas measurement and control equipment, Rooduyn Vorm & Druk The Netherlands, 2000. Fuente: http://www.instromet.com.27Arrastre debido a la friccin mecnica de los cojinetes y engranajes.Arrastre del fluido sobre las aspas.La velocidad de rotacin real del rotor est en funcin de:ArrastreTamao y forma del paso anular.Diseo del rotorFriccin mecnica internaDensidad del gas.PR: porcentaje de registroMr: torque total de retardoMd: torque de impulsin disponible: densidad del fluidoQ: caudal volumtrico Mf: torque retardador debido a las fuerzas mecnicasMn: torque retardador debido a fuerzas de fluido.28MANTENIMIENTOLos cojinetes de los medidores de turbina requieren lubricacin, excepto cojinetes de cermica o sellados.

Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elster-americanmeter.com.29CONDICIONES OPERACIONALESRangos normales de composicin de mezclas de gas natural: Tabla 1, AGA Informe No. 8, Factores de compresibilidad de gas natural y otros gases hidrocarburos relacionados (Referencia 1).El fabricante debe ser consultado en caso de:Operacin cerca del punto de roci

Niveles de azufre total superior a 20 g/100ft3, incluidos mercaptanos, H2S y compuestos de azufre elemental o superiores a los especificados en la Asociacin Nacional de Ingenieros de Corrosin (NACE) directrices de los materiales de fabricacin del medidor.

Exposicin a otros contaminantes.

Fuente: http://hiq.aga.cl/International/Web/LG/CL/likelgspgcl.nsf/DocByAlias/gas_serv_qality

30Rango especificado por el fabricante del medidor; (Presin de trabajo mxima permitida-Requisitos de Calibracin).Especificaciones del fabricante. Dependiendo del material de construccin, 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 roco del gas.

Fuente: GT, GTS, GTX and AccuTest Turbine Gas Meters Technical Bulletin, Elster American Meter, www.elster-americanmeter.com.31Efectos principales sobre el desempeo del medidor de gas de turbina: > Rango de operacin > densidad del gas. > Cada de Presin > densidad del gas. Error - Caractersticas del funcionamiento f(densidad del gas).

Fuente: http://indisaonline.8m.com/anteriores/98.htm32RENDIMIENTO DEL MEDIDOREl fabricante deber especificar los lmites de velocidad de flujo de Qmin, Qt y Qmax para cada diseo y tamao del medidor. El Rendimiento del medidor a presin atmosfrica, est dentro de las tolerancias siguientes despus de la calibracin:

Repetibilidad0.2% entre Qmin y Qmax,Error mximo pico a pico1.0% arriba de Qt,Error mximo1.0% de Qt a Qmax, Transition flow rateQt, no mayor a 0.2 Qmax.33Fuente: enigmasconrespuesta.blogspot.com34CALIBRACINCon el fin de establecer las caractersticas de rendimiento satisfactorio, cada medidor tipo turbina debe ser calibrado en condiciones aceptables acordadas entre las partes involucradas en la transaccin.

35Determinacin del factor de calibracin

Es una prctica general, y muy conveniente; para ser utilizado en el factor de calibracin del medidor dentro del rango de las tasas. El factor de calibracin "K" (pulsos por pie cbico) se aplica para una salida elctrica.

Para medidores de salida mecnicos, el factor se establece por la eleccin de cambio de engranajes que hacen que cada revolucin del eje de salida del medidor represente un volumen definido.

Fuente: www.calibracion.com.mx36Presentacin de los datos de calibracin

Para condiciones de funcionamiento cerca de constantes, se prefiere el trazado de la curva de calibracin del medidor como funcin de la lnea de caudal real. Sin embargo, para situaciones en las que las condiciones de funcionamiento varan considerablemente, puede ser preferible trazar la curva de calibracin del medidor en funcin de la velocidad de flujo base o del nmero de Reynolds.

Fuente: www.metrocal.co.cr37Prcticas de calibracin

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

Fuente: www.instrumentacionycontrol.net

38PROBADOR DE CAMPANA

La cmara de campana se utiliza ampliamente como un estndar de referencia y cuando se utiliza correctamente, puede ser uno de los ms precisos y repetibles de todas las normas de baja presin (Referencia ANSI B l09.2, Seccin 6.5.5).

Fuente: jaluahmad.blogspot.com39PROBADOR DE TANQUE PESADO

Los sistemas de tanque pesado son una tcnica de calibracin primaria, que recoge una gran cantidad de la operacin de gas a condiciones en un recipiente a presin durante un perodo de tiempo especfico. La masa del gas recogido en el recipiente a presin y el tiempo de t1e se miden con precisin para determinar la tasa de flujo msico y por lo tanto la calibracin del medidor de turbina en la misma corriente de flujo.

Fuente: www.directindustry.com40PROBADOR DE TRANSFERENCIA

El principio de la prueba de transferencia consiste en probar un medidor contra un medidor de referencia metro conocido. Se debe tener precaucin en el uso de medidores maestros para asegurar que el flujo pulsante o condiciones remolino no se transmitan al medidor de turbina, causando calibracin inexacta.

Fuente: www.ge-energy.com

41El 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 continuacin se trazar una curva a travs de los puntos de prueba. Un factor ptimo K se calcula a continuacin, as que el error del medidor en cualquier velocidad de flujo dentro de la gama de la medida, caer dentro de la banda de error especificada por el fabricante, que suele ser: I = 1%.

Fuente: iftargentina.comERROR, INCERTIDUMBRE Y PRECISIN DEL MEDIDOR42

43CLCULO DE FLUJO VOLUMTRICO Y MSICO

44MEDIDA DE FLUJO VOLUMTRICO Ecuaciones para calcular el caudal volumtrico:El medidor de turbina es un dispositivo de la medicin de la velocidad. Dependiendo del flujo de gas ser su rendimiento, y su velocidad. Las revoluciones del rotor pueden ser contadas mecnicas o elctricamente para llevar el registro volumtrico.Dado que el volumen registrado fluye a condiciones de presin y temperatura, el cual debe ser corregido a las condiciones base especificados para los propsitos de conteo.45

Los subndices "b" condiciones bsicas que denota, "f" denota condiciones de flujo y "r" denotan condiciones nominales .

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ECUACIN PARA EL CALCULAR CAUDAL A CONDICIONES NORMALESMULTIPLICADOR PARA LA PRESIN

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MULTIPLICADOR PARA LA TEMPERATURAMULTIPLICADOR PARA LA COMPRESIBILIDAD49

TASA DE FLUJO MXIMAContadores de turbina estn generalmente diseados para una velocidad de flujo mximo con el fin de no exceder de una cierta velocidad del rotor. El caudal mximo es el mismo (a menos que se especifique lo contrario por el fabricante) para todas las presiones dentro del rango de operacin50CAUDAL MNIMO Y RANGO DE OPERACIN

El caudal mnimo (o calificacin mnima capacidad) para un medidor de turbina es el caudal ms bajo en el que el metro funcionar dentro de la tolerancia especificada. En general, la velocidad de flujo mnimo depende de la magnitud de la friccin no fluido y la densidad del gas medido.El rango de flujos de funcionamiento para la medicin precisa aumenta aproximadamente como la raz cuadrada de la relacin de presin51

Y el mnimo caudal para condiciones de flujo normales sera:

Generalmente la presin y temperatura son por las condiciones bases en este caso la ecuacin quedara: 52

Con frecuencia, las condiciones de temperatura y la compresibilidad se encuentran cerca de la unidad y se pueden despreciar los efectos de aproximacin. El rango de funcionamiento del medidor de turbina de gas es el rango de flujo sobre el cual el metro operar dentro de su rendimiento especificado. En general, el rango de metros turbina variar directamente con la raz cuadrada de la densidad del gas. A medida que aumenta la densidad, la linealidad del metro se extender a un caudal menor, mientras que el lmite superior queda fijada por la consideracin de diseo se ha dicho. Por lo tanto:53

La medicin de caudal msico se puede emplear para llegar a volumen de base (Vb) o tasa de flujo de volumen de la base (Qb) a travs del uso de un medidor de turbina y densitmetro o clculo a partir de anlisis de la composicin. La tasa de masa o la masa de flujo es:ECUACIONES PARA EL CLCULO DE FLUJO DE MASA54ECUACIONES PARA EL CLCULO 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:55CAPACIDAD Y FUNCIONAMIENTO DE LOS MEDIDORES DE TURBINA56

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66SEGURIDAD67VENTAJAS - DESVENTANJAS68CONCLUSIONES69BIBLIOGRAFAAGA, AMERICAN GAS ASOCIATION, Report No. 7 Measurement of gas by turbine meters, Transmission Measurement 1996.AGA, Report No. 7 Measurement of Natural Gas by Turbine Meters. Revised February 2006, Transmission Measurement Committee. MANUAL DE MEDICIN DE HIDROCARBUROS, Anexo 59, Capitulo 5. INSTROMET, Turbine gas meter Handbook, Gas measurement and control equipment, Rooduyn Vorm & Druk The Netherlands, 2000. Fuente: http://www.instromet.com.FUNDAMENTALS OF GAS TURBINE METERS, John Gorham, Fuente: http://www.asgmt.com/default/papers/asgmt2006/docs/a8.pdf.70