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8/16/2019 CAPITULO 3 transp.pdf

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CAPITULO 3: MEDIDORES DE FLUJO

Preparado por: Ing. Jaime Amelunge P.

CLASIFICACION DE LOS MEDIDORES DE FLUJO:

1 MEDIDOR DE PRESION DIFERENCIAL

2 MEDIDOR DE PLACA DE ORIFICIO

3 MEDIDOR TIPO TUBO VENTURI

4 MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

5 MEDIDOR TIPO TURBINA

6 MEDIDOR TIPO CORIOLIS

7 MEDIDOR TIPO ULTRASONICO

8 MEDIDOR ELECTROMAGNETICO

9 MEDIDOR TIPO VORTEX


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1 MEDIDOR DE PRESION DIFERENCIAL:

Los medidores de presión diferencial presentan unarestricción al flujo que causa una caída de presión medida a

ambos lados de la restricción.

El flujo es proporcional a la raíz cuadrada de la presión

diferencial generada.

Durante mucho tiempo, ha sido el tipo de medidor más

ampliamente utilizado.

p


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1 MEDIDOR DE PRESION DIFERENCIAL: PRINCIPIO DE OPERACION

Los medidores de presión diferencial modifican el área dela tubería ocasionando un cambio en la velocidad del fluido.

Como resultado del cambio de velocidad del fluido, se

produce entonces una diferencia de presión (P) a través

del medidor.

La determinación del flujo se basa en la aplicación del

teorema de Bernoulli y en la fórmula de continuidad:

2

222

1

211 z

2g

v

ρ

Pz

2g

v

ρ

P Q = A1 x v1 = A2 x v2


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Despejando V2, sustituyendo y re-arreglando los términosse llega a las siguientes ecuaciones para el flujo volumétrico

y flujo másico:

ρ

ΔPKρ

)P(P24

dπ

β1

1v AQ

122

422V

ρ ΔPKρ)P(P24dπ

β11Q 21

2

4m


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Donde:

E

β11

4

D

dβ Es la relación de diámetros

Se conoce como el factor de aproximación develocidad

Es la densidad del fluido y se supone que semantiene constante, lo cual es valido para losfluidos incompresibles.


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Las fórmulas anteriores son aproximadas. Es necesarioconsiderar factores de corrección que tienen en cuenta:

El reparto desigual de velocidades

La contracción de área de la vena contracta

Las rugosidades de la tubería

El estado del líquido, del gas, del vapor, etc.

Uno de los factores utilizados para corregir algunas de

estas desviaciones es el factor de descarga, Cd.

Para un medidor dado, el Cd es obtenido de pruebas delaboratorio y de cálculos teóricos. Cd representa la relacióndel flujo verdadero / flujo teórico


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1 MEDIDOR DE PRESION DIFERENCIAL: PRINCIPIO DE OPERACIÓN

El Cd corrige las variaciones debidas a al perfil develocidad, los efectos de la ubicación de las tomas depresión, la forma de la vena contracta, entre otros.

Otra corrección necesaria es la correspondiente a losefectos de la temperatura sobre la palca. Este factor seconoce como Fa y corrige la desviación de la placa enrelación a la temperatura base.

En caso de los fluidos compresibles, la densidad

varía en la sección de la vena contracta ya que cambiala presión y la temperatura del fluido.


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Esto se corrige introduciendo el coeficienteexperimental de expansión del gas conocido como Y.

La corrección anterior es válida para los gases quesiguen las leyes de los gases ideales.

En la práctica, la ley no es exactamente verdaderacuando las presiones de servicio superan las 150 psi.

Para estos casos no ideales, es necesario considerar

el factor de compresibilidad Z, para el cálculo dedensidad de los fluidos compresibles.


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Una formula más exacta para el cálculo de flujo sepresenta a continuación

ρ

)P(PdFaYC

β1

1KQ 122

4V


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2 MEDIDOR DE PLACA DE ORIFICIO: CARACTERISITICAS GENERALES

Giovanni Venturi realizó en 1797 el primer trabajoregistrado de medición de flujo utilizando una placa deorificio.

La placa de orificio es el medidor de flujo másampliamente utilizado.

Su construcción es simple, sin partes móviles, de bajo

mantenimiento y relativamente de bajo costo.Existe una extensa cantidad de datos experimentalesque garantizan la su operación y desempeño.


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La placa más ampliamente utilizada tiene la forma de undisco plano de metal, delgado y con un orificio en elcentro.

Los bordes del orifico de esta placa son rectos.

La placa se instala de manera perpendicular al flujo enla tubería.


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CAÍDA DE PRESIÓN


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FORMAS BASICAS

Existen dos formas básicas:

Con Asa: usada en tuberías con bridas RF

Universal: para bridas RTJ y cajas porta placas

D

d


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LIMITACIONES

La medición es aplicable cuando:

La tubería está completamente llena

La velocidad del flujo es subsónica

El fluido es monofásico

ASA

TOMA AGUASABAJOTOMA AGUAS

ARRIBA

EMPACADURAORIFICIO DEDRENAJE


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TIPOEn función de la forma del orificio existentres tipos básicos de placas:

Placas concéntricas, para fluidos limpios

Placas excéntricas, fluidos sucios

Placas segmentadas, fluidos sucios

Las mediciones con placas excéntricas osegmentadas son menos exactas que conuna placa concéntrica.

Actualmente, las excéntricas y segmentadasson muy poco utilizadas.


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TIPO: CONCENTRICAEn el caso de placas concéntricas existen 3 diferentesdiseños para el borde aguas arriba del orificio.

El tipo es identificado en el asa de la placa.

BORDE RECTO CUARTO DE CIRCULO ENTRADA CONICA


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TIPO: EXCENTRICA Y SEGMENTADASi el el centro del orificio no coincide con el centro de laplaca, se dice que la placa es excéntrica.

Si el orificio de la placa no es un circulo completo, se dice

que la placa es segmentada.

EXCÉNTRICA SEGMENTADA


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APLICACIONES Y CARACTERISTICAS GENERALES Líquidos limpios

Líquidos sucios

Líquidos viscosos

Fluidos corrosivosSlurry

Gas limpio

Gas sucio

VaporTamaño disponible

Exactitud

Rangoabilidad

A p l i c a c i o n

e s

C a r a c t e r í s t i c a s

Efectos viscosidad

1”

1 %

3:1

Alto


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MONTAJE Las placas de orificios pueden ser instaladas entre bridas

o en cajas portas placas.

Las bridas porta placas son bridas especiales con orificios

para las tomas de presión.Las bridas porta placas más comunes son el tipo RF

(“Race face”).

Para servicios de alta presión (ANSI 900 y superiores) se

utilizan las bridas tipo RTJ (“Ring type joint”).


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MONTAJE: Brida Porta Placa


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MONTAJE Cuando es necesario la remoción frecuente

de las placas, para inspección o remplazo por“rangoabilidad”, las cajas porta placas sonuna buena alternativa.

Existen dos tipos diferentes de cajas portaplacas:Cajas de cámara simpleCajas de cámara doble

Ambos tipos de montaje son más costososque el montaje en bridas porta placas y suuso debe ser justificado.


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MONTAJE: Cámara Simple Este tipo de cajas se utilizan cuando se requiere

remover frecuentemente la placa y es posible interrumpiro desviar el flujo del medidor.

Las cajas de cámara simple son menos costosas quelas cajas de cámara doble.

La línea debe ser despresurizada antes que la cajapueda ser abierta.

No se requiere separar la brida o remover lasempaquetaduras para retirar la placa.


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MONTAJE: Cajas porta placas

CÁMARA SIMPLEPLACA UNIVERSAL


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MONTAJE: Cajas de cámara doble

Este tipo de cajas se utilizan cuando se requiereremover frecuentemente la placa y no es posibleinterrumpir o desviar el flujo del medidor.

Este tipo de caja permite la remoción de la placa sinnecesidad de interrumpir o desviar el flujo.

Las cajas de cámara doble son más costosas que elmontaje en bridas o en cámara simple, pero da la

mayor flexibilidad operacional.


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MONTAJE: Cajas porta placas

CÁMARA DOBLE

PLACA UNIVERSAL


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3 MEDIDOR TIPO PLACA VENTURI

Aplicación:Líquidos, gases y vapor.Buen comportamiento con fluidos sucios.

Principales características

Exactitud típica : ± 0.75 % de la escalaRangoabilidad : 4:1Flujo máx. : Limitado por de la tuberíaCostos relativos : Muy altos


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Principio de Operación:

Un medidor de desplazamiento separa el flujo en volúmenes

discretos, los cuenta separadamente a cada uno de ellos para

regresarlos a la línea nuevamente.

ESQUEMA SIMPLIFICADO

E N T R A D A

S A L I D A


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Algunos Tipos:

CICLOIDALDISCO GIRATORIO

ENTRADA

SALIDA

Exactitud 1%. 2-24 “. Típicomedición de crudo

Exactitud 1-2 %. 1-2 “. Típicomedición de agua.


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Algunos Tipos:

BI-ROTOR

ENTRADA

CILINDRO LUBRICACIÓN

Exactitud 0.25 %. 3-12 “. Típicomedición de crudo


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DESEMPEÑO:Aplicación:

Productos limpios y lubricados.Excelente comportamiento con productos de

altas viscosidades.

No afectado por el perfil de flujo.

Factores de interés

Exactitud típica : ± 0.25 % de la lecturaRepetibilidad : ± 0.05 %

Rangoabilidad : 10:1Flujo máx. : Hasta 13.000 BPHDiámetros : ¼ a 16 “


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INSTALACION:

Los medidores PD deben ser instalados en posiciónhorizontal. Se recomienda consultar al fabricante si poralguna razón una posición diferente fuera requerida.

Estos medidores no requieren acondicionamiento delperfil de flujo.

No deben estar sometidos a tensión o vibración.

La presión aguas abajo del medidor debe sercontrolada para evitar la vaporización del fluido.


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INSTALACION:

Es necesario la instalación de elementos de protecciónpara la remoción de partículas que podrían atascar elmedidor o producir un desgaste prematuro.

Los siguientes elementos de protección de maneraaislada o una combinación son típicamente utilizados:

Filtros

Coladores

Trampas de sedimentos

Tanques de decantación

Separadores de agua


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INSTALACION:

MEDIDOR

FLUJO

PITI

DPI

FILTRO CONTROL DEPRESIÓN


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INSTALACION:

Se debe evitar la presencia de flujo pulsante ypresiones excesivas. Esto puede evitarse con el uso detanques de expansión, válvulas de control de presión y

válvulas de alivio.En el caso de medición de líquidos, se debe evitar elpaso de aire/gas a través del medidor.

En caso de ser requerido, un eliminador de aire/gasdebe ser instalado aguas arriba del medidor tan cerca

como sea posible del medidor.


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PRINCIPIO DE OPERACION:

Un medidor de turbina está compuesto por un rotormontado sobre unos cojinetes.El flujo a ser medido hace girar al rotor con una

velocidad rotacional proporcional a la velocidad delflujo.

V : VELOCIDAD DEL FLUJOW : VELOCIDAD DEL ROTOR


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También posee un dispositivo detector capaz de medirla frecuencia de giro del rotor.

La salida de este detector seconecta a un circuitoelectrónico que produce unaseñal equivalente a la velocidadde fluido que circula por el

medidor.Esta señal, a su vez, se alimentade un dispositivoregistrador/indicador con unaescala graduada en unidades develocidad de flujo.

CAMPOMAGNETICO

TURBINA

SEÑAL

PICK-UP

CAPITULO 3 MEDIDORES DE FLUJO


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Características principales:

Elevada exactitud

Amplio rango de flujo

Tamaño pequeño y ligero

Amplio rango de operación de presión y temperatura

Necesita de acondicionamiento de flujo

No recomendada para líquidos de alta viscosidad

Sensible a los cambios de viscosidad

Susceptible a la presencia de depósitos

Requiere energía para los componentes electrónica

X

X

X

X

X



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DESEMPEÑO:

Aplicación:

Gases y líquidos limpios.Normalmente usada para medir productos refinadosde baja viscosidad: gasolina, Kerosén, diesel y

gases.Afectado por el perfil de flujo.


Exactitud típica : ± 0.15 % de la lectura

Repetibilidad : ± 0.025 %Rangoabilidad : 10:1Flujo máx. : Hasta 35.000 BPHDiámetros : > ½



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INSTALACION:

Las turbinas deben ser instaladas en posición horizontal.Se recomienda consultar al fabricante si por algunarazón una posición diferente fuera requerida.

No deben estar sometidos a tensión o vibración. Se debeevitar las distorsiones causadas por las contracciones oexpansiones de la tubería.

Las turbinas son muy sensibles al perfil del flujo por loque se requiere una sección de acondicionamiento.

Como práctica común un, enderezador de flujo encombinación con 10 aguas arriba y 5 aguas abajo esutilizado.


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INSTALACION:



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INSTALACION:

Se debe evitar la presencia de flujo pulsante y presionesexcesivas. Esto puede evitarse con el uso de tanques deexpansión, válvulas de control de presión y válvulas de alivio.

En el caso de medición de líquidos, se debe evitar el paso deaire/gas a través del medidor.

En caso de ser requerido, un eliminador de aire/gas debe serinstalado aguas arriba del medidor tan cerca como sea posibledel medidor.



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EFECTO CORIOLIS:

Un fluido fluyendo en una tubería flexible que seencuentre rotando, producirá una deflexión a esatubería.

VELOCIDAD ANGULAR

VELOCIDAD DEL FLUIDO

DEFLEXIÓN



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El medidor Coriolis está formado por un tubo que vibra asu frecuencia natural impulsado por bobinaselectromagnéticos.

La vibración del tubo sin flujo presente ocurre en fase.

El paso del flujo ejerce una fuerza en el lado de entradadel sensor opuesta al movimiento del tubo y a su favoren lado de salida. Esto produce una torcedura delsensor.

El lado de entrada del sensor se retrasa en relación allado de salida. Este tiempo de retraso es proporcional ala masa del flujo.



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ENTRADA

PICK-UP

GENERA LAVIBRACIÓN

PICK-UP

SALIDA



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SIN FLUJO

DEFLEXIÓNPARALELA

DEFLEXIÓNDESFASADA

FLUJO


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DESEMPEÑO:


Elevada exactitud

Independiente de las variaciones de P y T

Fácil de seleccionar

Bajo mantenimiento

Medidor multivariable

Alta caída de presión en fluidos viscosos

Limitaciones para altos flujos

Susceptible a la presencia de depósitos

Requiere energía para los componentes electrónica

XX

X

X



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DESEMPEÑO:

Aplicación:

Líquidos limpios, sucios, corrosivos y abrasivos.Presenta limitaciones para fluidos muy viscosos.

No afectado por el perfil de flujo.


Exactitud típica : ± 0.25 % de la lecturaRepetibilidad : ± 0.05 %

Rangoabilidad : 20:1Flujo máx. : Hasta 3.800 BPH (10 Ton/min)Diámetros : 1 /16 - 6”



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INSTALACION:

Las vibraciones normales que pudieran presentarse en latubería normalmente no afectan la operación delmedidor.

En aplicaciones de líquidos, se recomienda instalar elmedidor de manera que el sensor permanezca llenodurante la operación. Esto usualmente significa que elmedidor debe instalarse de manera de evitar queburbujas de gas queden atrapadas en el sensor.

Aguas abajo del medidor debe instalarse una válvula debloqueo para asegurar cero flujo a las condiciones depresión durante el ajuste de cero del medidor.



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TIEMPO DE TRÁNSITO

ABRAZADERA

CLASIFICACIÓN GENERAL

EFECTO DOPPLER

CARRETO

1 HAZ MULTIHAZ

ABRAZADERA CARRETO



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TIEMPO DE TRANSITO:



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CORRIENTE

A

B

T AB < T BA



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Los medidores ultrasónicos utilizan ondas acústicas opulsos que son enviados por el medio para establecer elcaudal volumétrico de flujo.Un transductor emite una señal a favor del caudal. Unsegundo transductor transmite una señal contra elcaudal a lo largo de la misma trayectoria.Una onda sonora a favor de la corriente viaja más rápidoque una propagado contra corriente.El tiempo que los pulsos acústicos tardan en viajar, a

favor y contra de la corriente, es medido con muchaexactitud.



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La diferencia es directamente proporcional a lavelocidad del caudal del medido.

El flujo volumétrico es el producto de la velocidad

promedio multiplicada por la sección de transversal dela tubería.



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D

tg T T AB BA

2

)(C V

2



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LIMITACIONES:

Para disponer de una medición adecuada, el flujo a sermedido debe cumplir las siguientes características:

Permitir el paso del sonido entre los transductoresLa tubería debe estar completamente llenaEl flujo debe ser continuo (no pulsante)Libre de material que podría depositarse en la paredde la tubería.



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DESEMPEÑO:


Elevada exactitud

Independiente de la viscosidad

Sin obstrucciones al flujoBajo mantenimiento

Medidor bidireccional

Aplicable solo para líquidos limpios y gases

Afectado por el perfil del flujo XX



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DESEMPEÑO:

Aplicación:

Líquidos limpios, corrosivos y gases.

Recomendable para grandes caudales.

Afectado por el perfil de flujo.


Exactitud típica : ± 0.25 % de la escala

Repetibilidad : ± 0.05 %

Rangoabilidad : 20:1Flujo máx : Hasta 178.000 BPH

Diámetros : 4” - 40”



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8 MEDIDOR TIPO ELECTROMAGNETICO



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PRINCIO DE OPERACION

Faraday descubrió en 1831 que al mover un materialconductor dentro de un campo magnético se producíaun voltaje de magnitud proporcional al movimiento.

Un medidor magnético de flujo consiste básicamente enun campo magnético producido por un par deelectroimanes y dos electrodos.

Un conductor eléctrico, en este caso el medio

eléctricamente conductor, pasa por el campo magnético.

El voltaje U inducido en este medio es directamenteproporcional a la velocidad v del caudal.



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El voltaje generado puede ser determinado como:

U = K × B × V × D

El caudal volumétrico qv puede ser

calculado según:

qv = × D² × p/4

K : CONSTANTEB : FUERZA DEL CAMPO MAGNÉTICOV : VELOCIDAD DEL CAUDALD : ESPACIO ENTRE EL ELECTRODO



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DESEMPEÑO


Capacidad de medir fluidos de elevada densidad

Ideales la para medición de caudales elevados

Sin obstrucciones al flujoBajo mantenimiento

Alto costo

El fluido debe ser eléctricamente conductor X

X



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DESEMPEÑO

Aplicación:

Líquidos o lodos eléctricamente conductivos.

No es afectado por los cambios de viscosidad o

densidad.

Afectado por el perfil de flujo.Factores de interés

Exactitud típica : ± 1 % de la escala

Repetibilidad : ± 0.05 %

Rangoabilidad : 10:1

Flujo máx : 500.000 gpmDiámetros : 1” - 96”



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INSTALACION

La mejor orientación para el medidor es la vertical conflujo ascendiendo. Sin embargo, la orientaciónhorizontal es aceptable y la más difundida.

Los electrodos deben ser orientados de manera que noqueden en la parte superior de una línea horizontal.Esto evita la presencia de gas o aire entrampado encontacto con los electrodos.

En general 5D aguas arriba y 3D aguas abajo de tubería

recta son suficientes para tener una mediciónadecuada. Elementos como válvulas y bombas debenser instalados aguas abajo del medidor.



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El nombre, que significa vórtice o remolino.

Desde 1878, se había observado que el número deremolinos que se forman en una corriente de aguacuando ésta pasa por un obstáculo se incrementabanlinealmente según aumentaba la velocidad de lacorriente.Para entender mejor la mecánica de la formación deestos vórtices se puede observar una bandera montadaen su asta.

Al soplar el viento, éste encuentra en su camino elobstáculo del asta de la bandera que, en este caso,funciona como un dispositivo generador de remolinos.



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A medida que circula el viento, a ambos lados del asta seforman alternadamente áreas de alta y baja presión queforman pequeños remolinos que se desplazan en formalongitudinal por ambos lados de la bandera.

Según pasan estos vórtices, la bandera empieza aondular a una frecuencia de oscilación proporcional a lavelocidad del viento.



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No fue sino hasta la década de los setenta cuando latecnología permitió el desarrollo de los primerosmedidores de flujo vortex.

El medidor está formado fundamentalmente por trescomponentes:

Un elemento generador de remolinos o vórtices;

Un detector, que convierte la energía de los remolinosen una señal eléctrica,

Un transmisor, capaz de amplificar esta señal yproducir un registro sobre una escala graduada enunidades de velocidad de flujo.



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Por lo general hay dos maneras de montar el detector: enforma directa sobre el obstáculo o inmediatamentedespués de que la corriente pase este obstáculo.

El detector debe medir la frecuencia de formación deremolinos.

El medidor es aplicable cuando el fluido (líquido, gas ovapor) se encuentre limpio o con pocos materiales ensuspensión.

En aplicaciones de medición de gases de baja densidad,su uso es limitado debido a que el detector puedeconfundir los vórtices y los ruidos propios del proceso.



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GENERACION DE VORTICES



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DESEMPEÑO


Excelente relación desempeño/valor

Sin partes móviles

Bajo mantenimientoAfectado por el perfil del flujo

Afectado por los incrementos de viscosidad



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DESEMPEÑO

Aplicación:

Líquidos y gases incluyendo vapor.

Sensible a los cambios de viscosidad. Bajo costo

relativo. Afectado por el perfil de flujo.


Exactitud típica : ± 1 % de la lectura (2% gas)

Repetibilidad : ± 0.05 %Rangoabilidad : 10:1

Flujo máx : -

Diámetros : 1/2” - 8”



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SELECCION CONSIDERANDO LAS CARACTERISTICAS DEL FLUIDO

LIQUIDO CORIOLIS

MAGNETICO

ULTRASONCO

VORTEX

dP

PD

Meter

TURBINA

LIMPIO -SUCIO

BAJA VISCOSIDAD4 5 5 5 5 3 5

LIMPIO -SUCIO

VISCOSO 5 5 1 2 2 5 3LIMPIO - SUCIO

CORROSIVO3 5 5 3 3 2 1

LODOS

ABRASIVOS 2 5 4 2 1 0 0

AMORFOS 5 5 4 3 2 3 1

FIBROSOS 3 5 4 0 0 0 0

GAS 2 0 1 5 5 2 2VAPOR 0 0 0 5 5 0 1

TEMP > 400 °F 0 0 0 4 4 0 1

PRES> 1500 PSIS 1 1 4 2 4 1 4

5 : Recomendado0 N d d

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