Básicamente en la industria de los hidrocarburos las variables físicas que más se cuantifican son el FLUJO, PRESION y TEMPERATURA a continuación hare una breve descripción de cada uno de ellas y qué tipo de instrumento es el más utilizado. Sin más preámbulos las variables a medir:
MEDIDORES DE FLUJO
En la industria de hidrocarburos con la medición de esta variable se busca cuantificar la cantidad de fluido que pasa por la tubería dado que por allí es donde circula todo el petróleo (crudo) o refinado (gasolina, diesel, jet, etc). Un ejemplo clásico es los surtidores de gasolina cuanta gasolina se vende eso se hace a través de un medidor de flujo.
Otro uso común de la medición de caudal es en el control de procesos dado que es imprescindible en el control automático. Por ejemplo se requiere medir el flujo que está ingresando a un tanque y cuanto está saliendo esto con el fin de evitar primero que se rebose y segundo que desocupe. Con esto evitamos daños a las bombas por baja succión y evitamos que producto contamine en dado caso se rebose el tanque.
Figura 1
En el cuadro que se muestra arriba se muestra el tipo de medidores más usados en la industria para medir flujo. Aquí solo mencionare los más usados en la industria de los hidrocarburos medidores de presión diferencial, desplazamiento positivo y medidores másicos tipo coriolis.
MEDIDORES DE PRESION DIFERENCIAL
Estos
son los más utilizados en la industria. Para la industria OIL & GAS se usa
para medición de flujo del gas. Su principio de medición como su nombre lo
indica es la presión diferencial. Existen varios tipos de elementos de medida
basados en este principio, como son: placas de orificio con diversas formas,
tubos Venturi, toberas, tubos Pitot, tubos Annubar, etc., aunque dentro de
ellos los más utilizados son las placas de orificio. A su vez, dentro del grupo
de placas de orificio, la más utilizada es la concéntrica con aristas vivas,
como la que aparece en la Figura 2, montada entre las bridas correspondientes.
Figura 2.
El
elemento (placa de orificio) que produce
la restricción al paso del fluido hace
aumentar la velocidad disminuyendo al mismo tiempo la presión, de tal forma que
la suma de energía potencial, energía cinética y energía interna permanece
constante. A continuación se muestra la figura que explica como es el
funcionamiento básico de este tipo de medidor:
Figura 3
Como
se aprecia en la figura anterior la presión del fluido es mayor antes de la placa y después de la
placa la presión es menor esto es inversamente proporcional a
la velocidad del producto. También voy a
dejar un enlace donde muestran un video explicando el funcionamiento de este
tipo de medidores:
Ventajas
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Desventajas
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No
tiene componentes móviles
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Utilizable
solo para rangos de caudal 4:1
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Se
dispone de un amplio margen de rangos y tamaños
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Relación
cuadrática entre presión diferencial y caudal
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Aptos
para la mayoría de gases y líquidos
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Relativamente
baja exactitud
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Ampliamente
establecido y aceptado
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Perdida
de presión no recuperable
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No
necesita calibración del elemento
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La
viscosidad afecta al rango de caudal
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Simplicidad
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La
instalación puede llegar a ser costosa
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Si
quieren profundizar un poco más del tema, voy a dejar la bibliografía para los
gomosos de ecuaciones y demás.
Bibliografía:
J. Acedo Sánchez, Control Avanzado
de Procesos (Teoría y Práctica) 2003. Ediciones Díaz de Santos S.A.
Antonio Creus Solé, 1997
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 6 edición., 1997. Alfaomega marcombo
A continuacion se muestra un video donde se explica el funcionamiento de este tipo de medidores de caudal.
MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Los medidores por desplazamiento positivo
operan a través de un principio mecánico aprovechando la energía cinética del
fluido, es decir el movimiento. Estos medidores son también
conocidos como totalizadores volumétricos directos. Básicamente el fluido hace
mover un elemento que produce una rotación y este a su vez transmite el movimiento aun engranaje que va contando el
número de vueltas que da. Este medidor totaliza el número de paquetes de
volumen total transcurrido y el volumen total pasado en un tiempo dado
proporcional a la velocidad de flujo, por ejemplo, litros / min.
Debido a que pasen una cantidad conocida, son ideales para ciertas aplicaciones de lotes, mezclado y fluido de transferencia de custodia. A continuación se definirán los más utilizados en la industria de los hidrocarburos:
Este tipo de medidores son ampliamente
utilizados en la industria del petróleo para la medición de volúmenes de
gasolina petróleo crudo etc. Es un medidor muy simple comprende de un conjunto
de rotor previsto de 4 paletas con resorte deslizante para que hagan contacto
con la pared del cilindro (Figura 4). El rotor está montado sobre un eje que es
excéntrico con respecto al centro de la cámara.
Figura 4
Ya sea un contador de registro mecánico o un contador de pulsos
electrónico está conectado al eje del rotor por lo que la medida es directamente
proporcional al volumen de flujo que hace girar el rotor.
Ventajas
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Desventajas
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Adecuado para medir con precisión pequeños volúmenes
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Adecuado solo para líquidos limpios
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Alta precisión ±2%
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Susceptibles a Fugas
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alta repetibilidad de ± 0,05%;
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Perdida de presión no recuperable
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Apto para servicio de alta temperatura, hasta 180°C
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Presiones por encima a 7000psig
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No se afecta por la viscosidad
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Este
tipo de medidores constan de unos engranajes ovales idénticos moldeados que engranan entre sí por
medio de dientes de engranaje alrededor del perímetro de engranajes. Los
rotores ovales giran en ejes estacionarios que están fijados dentro de la
cámara de medición.
El
movimiento de giro de estos rotores ovales es debido a la presión diferencial
creada por el líquido. La acción del líquido va actuando alternativamente sobre
cada una de las ruedas dando lugar a un giro suave de un par casi constante. La
cámara de medida y las ruedas están mecanizadas con gran precisión para conseguir
un deslizamiento mínimo entre las mismas, sin formación de bolsas o espacios
muertos en la cámara de medida y barriendo completamente la misma en cada
rotación.
De
este modo, la medida es prácticamente independiente de variaciones en la
densidad y en la viscosidad del líquido. La precisión es de ±0,5% del caudal
total.
La
secuencia de medida se hace como se muestra en las figura de la siguiente
manera
(a)
El
fluido empieza a llenar la cámara de medición y a su vez imprime una fuerza que
hace girar el rotor ovoide B y este a su vez transmite ese movimiento al rotor
ovoide A.
(b)
Continua
llenándose la cámara de medición entre el rotor ovoide B y las paredes de la
cámara.
(c)
Queda
atrapado el fluido en la cámara producida por el rotor ovoide B y su torque es
cero el rotor ovoide A. Empieza a tener torque e imprime presión al fluido y
obliga a a mover el rotor ovoide B.
(d)
El
fluido atrapado por la cámara de medición pasa hacia al otro lado de la
tubería.
En
conclusión el flujo que pasa a través
del medidor hace que los engranajes giren y el fluido quede atrapado en cantidades precisas de líquido en la media
luna que se forma en cámara de medición.
La
cantidad total de flujo para una rotación del par de engranajes ovalados es
cuatro veces la del espacio en forma de media luna y la velocidad del flujo es
proporcional a la velocidad de rotación de los engranajes.
Ventajas
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Desventajas
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alta
precisión de ± 0,25%
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alta
repetibilidad de ± 0,05%;
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baja
caída de presión menos de 3psig
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altas
presiones de trabajo, hasta 1500 psig
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A continuacion un video explicativo de este tipo de medidores
MEDIDORES MASICO (tipo coriolis)
Este tipo de medidores son uno de los
que más se utilizan en la industria de los hidrocarburos dados su confiabilidad
y su precisión. Están diseñados para medir directamente el caudal de fluido en
unidades de masa, tal como o kg/h, en
lugar de medir el caudal en volumen, como m3/h. Fundamentalmente son
dos tipos:
- Medidores de volumen con corrección automática de densidad incorporada.
- Medidores de masa directamente
Algunos medidores han sido adaptados
con sistemas que convierten el volumen en masa en función de presión y temperatura,
de forma que dan resultado final el caudal en unidades de masa. Ejemplos de
este tipo lo forman los conjuntos de placa orificio con medidas de presión y
temperatura incorporadas en el propio conjunto
