Medidores de Flujo

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	Desventajas
No tiene componentes móviles	Utilizable solo para rangos de caudal 4:1
Se dispone de un amplio margen de rangos y tamaños	Relación cuadrática entre presión diferencial y caudal
Aptos para la mayoría de gases y líquidos	Relativamente baja exactitud
Ampliamente establecido y aceptado	Perdida de presión no recuperable
No necesita calibración del elemento	La viscosidad afecta al rango de caudal
Simplicidad	La instalación puede llegar a ser costosa

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:

Paleta Deslizante

 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

El líquido entra a la cámara de las paletas y la presión que ejerce el fluido sobre las paletas hace que esta gire. Este proceso se repite sin pulsaciones es decir es continuo, ya que las paletas se mueven  alrededor de la cámara de medición- con paquetes de fluido atrapado en las cámara de las paletas y se pasa al colector de salida como cantidades discretas conocidas de fluido.

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	Desventajas
Adecuado para medir con precisión pequeños volúmenes	Adecuado solo para líquidos limpios
Alta precisión ±2%	Susceptibles a Fugas
alta repetibilidad de ± 0,05%;	Perdida de presión no recuperable
Apto para servicio de alta temperatura, hasta 180°C
Presiones por encima a 7000psig
No se afecta por la viscosidad

Medidor rotativo Cicloidales

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	Desventajas
alta precisión de ± 0,25%
alta repetibilidad de ± 0,05%;
baja caída de presión menos de 3psig
altas presiones de trabajo, hasta 1500 psig

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