tecnologia medicion transferencia

8/13/2019 tecnologia medicion transferencia

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Nuevas Tecnologas y Aplicaciones

XVII Convencin de Gas , AVPG, Caracas, Venezuela, 23 - 25 de Mayo, 2006 Pgina 1

TECNOLOGAS PARA

LA MEDICION EN

TRANSFERENCIA DE CUSTODIA

Autores: Mara Laura GermanierMauro Lpez Carrizo


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INDICE

1.- INTRODUCCIN...................................................................................................... 6

2.- ESTNDARES DE LA INDUSTRIA DEL GAS ................................................................. 72.2.- ESTNDARES DE APLICACIN PARA SISTEMAS DE MEDICIN

FISCAL (AGAY API) .......................................................................................... 7

2.3.- A.P.I. VS A.G.A. ................................................................................................ 8

3.- DEPENDENCIA DE LA MEDICIN CON RESPECTO A LA PRESIN YTEMPERATURA ................................................................................................... 9

3.1.- EFECTOS DE LA PRESIN Y TEMPERATURA ........................................................... 9

4.- PAUTAS PARA LA DETERMINACIN DEL ELEMENTO PRIMARIO................................... 10

5.- PLACA ORIFICIO.................................................................................................. 11

5.1.- ACONDICIONADORES DE FLUJO.......................................................................... 135.1.1.- TRAMO RECTO SIN VENA NI ACONDICIONADOR .................................................. 14

5.1.2.- TRAMO RECTO CORTO CON VENA.................................................................... 14

5.1.3.- TRAMO RECTO LARGO CON VENA.................................................................... 15

5.1.4.- TIPOS DE ACONDICIONADORES ....................................................................... 16

5.1.5.- ELEMENTOS REQUERIDOS PARA LA PRUEBA DELFUNCIONAMIENTO CORRECTO DE LA INSTALACIN PARA LOS

ACONDICIONADORES DE FLUJO .......................................................................... 17

5.2.- REQUERIMIENTOS DE INSTALACIN .................................................................... 18

5.3.- INSTALACIONES PARA LA CALIBRACIN DE LA PLACA DEORIFICIO .......................................................................................................... 22

5.4.- INSPECCIN Y MANTENIMIENTO DE LA PLACA DE ORIFICIO ................................... 24

6.- MEDICIN ULTRASNICA DE GAS.......................................................................... 25

6.1.- CONDICIONES OPERATIVAS ............................................................................... 28

6.1.1.- CALIDAD DEL GAS......................................................................................... 28

6.1.2.- PRESIN....................................................................................................... 28

6.1.3.- TEMPERATURA DE OPERACIN Y AMBIENTE...................................................... 29

6.1.4.- CONSIDERACIONES SOBRE EL CAUDAL DE GAS................................................. 29

6.1.5.- PERFIL DE VELOCIDADES Y CAERAS AGUAS ARRIBA ....................................... 306.1.6.- ACONDICIONADORES DE PERFIL DE FLUJO....................................................... 30

6.1.7.- CONEXIN DEL MEDIDOR CON LAS CAERAS................................................... 30

6.2.- REQUERIMIENTO DEL MEDIDOR........................................................................... 30

6.2.1.- CUERPO DEL MEDIDOR................................................................................... 30

6.2.2.- TRANSDUCTORES........................................................................................... 32


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6.2.3.- ELECTRNICA................................................................................................ 32

6.2.4.- SOFTWARE DEL COMPUTADOR DE CAUDAL ....................................................... 33

6.3.- REQUERIMIENTOS DE PERFORMANCE ................................................................. 34

6.3.1.- REQUERIMIENTOS DEL AGA 9 PARA MEDIDORESULTRASNICOS 12 PULGADAS ....................................................................... 34

6.3.2.- REQUERIMIENTOS DEL AGA 9 PARA MEDIDORESULTRASNICOS < 12 PULGADAS....................................................................... 35

6.4.- REQUERIMIENTOS INDIVIDUALES DE TESTEO ....................................................... 35

6.4.1.- TEST DE PRDIDAS ......................................................................................... 36

6.4.2.- DIMENSIONES ................................................................................................ 36

6.4.3.- TEST DE CAUDAL CERO................................................................................... 36

6.4.4.- TEST DE CALIBRACIN.................................................................................... 37

6.5.- REQUERIMIENTOS DE INSTALACIN..................................................................... 37

6.5.1.- CONSIDERACIONES AMBIENTALES ................................................................... 37

6.5.2.- CONFIGURACIN DE CAERAS........................................................................ 38

6.5.3.- TERMOVAINAS ............................................................................................... 40

6.5.4.- INTERFERENCIA POR RUIDO ACSTICO ............................................................ 40

6.5.5.- ACONDICIONADORES DE FLUJO ....................................................................... 40

6.5.6.- FILTRADO DEL GAS......................................................................................... 40

6.6.- ERRORES MXIMOS ADMISIBLES....................................................................... 41

6.7.- COMPUTADOR DE CAUDAL................................................................................. 42

6.8.- CALIBRACIN DE LOS MEDIDORES ULTRASNICOS.............................................. 436.9.- INSPECCIN Y MANTENIMIENTO DE LOS MEDIDORES

ULTRASNICOS ................................................................................................ 43

6.10.- VERIFICACIN DEL MEDIDOR............................................................................ 44

6.10.1.- VERIFICACIN PRIMITIVA ............................................................................... 44

6.10.2.- VERIFICACIN EN CAMPO ............................................................................. 45

6.10.3.- VERIFICACIN PERIDICA............................................................................. 46

7.- MEDIDOR MSICO TIPO CORIOLIS ......................................................................... 47

7.1.- CALIDAD DEL GAS............................................................................................ 53

7.2.- MATERIAL DEL MEDIDOR ................................................................................... 537.3.- PRESIN DE OPERACIN .................................................................................... 53

7.4.- PERFORMANCE DEL MEDIDOR MSICO TIPO CORIOLIS ........................................ 54

7.5.- AJUSTE DEL CERO............................................................................................. 55

7.6.- CALIBRACIN ................................................................................................... 56

7.7.- REQUERIMIENTOS DE LA INSTALACIN ................................................................ 57


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7.8.- ESPECIFICACIONES ELECTRNICAS.................................................................... 60

8.- MEDIDOR DE CAUDAL TIPO TURBINA ..................................................................... 61

8.1.- GENERALIDADES............................................................................................... 61

8.2.- INSTALACIN .................................................................................................... 63

8.2.1.- INSTALACIN RECOMENDADA PARA MEDIDORES RECTOS.................................. 64

8.2.2.- INSTALACIN RECOMENDADA PARA MEDIDORES CON CUERPOEN NGULO ...................................................................................................... 65

8.2.3.- ENDEREZADORES DE VENA............................................................................. 66

8.2.4.- FILTROS ........................................................................................................ 66

8.2.5.- PROTECCIN CONTRA SOBRERRANGO ............................................................. 66

8.2.6.- BY-PASS ....................................................................................................... 67

8.2.7.- INSTALACIN DE ACCESORIOS......................................................................... 67

8.3.- OPERACIN ...................................................................................................... 688.3.1- STARTUP........................................................................................................ 68

8.3.2- FRECUENCIA DE INSPECCIN Y MANTENIMIENTO............................................... 69

8.4.- CARACTERSTICAS DE PERFOMANCE .................................................................. 69

8.4.1.- EFECTO REMOLINO ........................................................................................ 69

8.4.2.- EFECTO DEL PERFIL DE VELOCIDAD ................................................................ 69

8.4.3.- EFECTO DE LA FRICCIN DEL FLUIDO .............................................................. 70

8.4.4.- EFECTO DE LA FRICCIN DE FLUIDO VISCOSO .................................................. 70

8.4.5.- REPETIBILIDAD.............................................................................................. 70

8.4.6.- PRECISIN..................................................................................................... 708.4.7.- LINEALIDAD ................................................................................................... 71

8.4.8.- PRDIDA DE PRESIN..................................................................................... 71

8.4.9.- EFECTOS DEBIDO A LAS PULSACIONES............................................................. 71

8.5.- CALIBRACIN ................................................................................................... 72

8.5.1.- PRUEBA DE LA CAMPANA (BELL PROVER)....................................................... 72

8.5.2.- PRUEBA DE TRANSFERENCIA (TRANSFER PROVER) .......................................... 72

8.5.3.- PRUEBAS DEL ORIFICIO DE CAUDAL CRTICO (CRITICAL FLOWORIFICE) Y NOZZLE SNICO (SONIC NOZZLE) ..................................................... 73

8.5.4.- ORIFICIO EN LNEA ......................................................................................... 73

8.5.- CHEQUEOS EN CAMPO ...................................................................................... 74

8.6.- REQUERIMIENTOS PARA LOS MEDIDORES TIPO TURBINA...................................... 74

8.7.- INSPECCIN Y MANTENIMIENTO DE LOS MEDIDORES A TURBINA ........................... 75

10.- CALIBRACIN Y VERIFICACIN DE LOS SISTEMAS PARA LAMEDICIN EN TRANSFERENCIA DE CUSTODIA ....................................................... 77


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11.- MANTENIMIENTO Y CALIBRACIN DE LOS TRANSMISORESELECTRNICOS ................................................................................................ 78

12.- COMPUTADORES ELECTRNICOS DE CAUDAL ...................................................... 79

13.- COMPARACIN DE LAS DIFERENTES TECNOLOGAS PARA LA

MEDICIN EN CUSTODIA DE GAS........................................................................ 82


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1.- Introduccin

La corriente de fluidos es un fenmeno que se presenta tanto en la produccin, como

en el transporte y la distribucin del gas y su correcta medicin es muy importante

para la economa de las empresas.

Las ganancias, en la industria de gas, dependen fuertemente del precio y los

volmenes transferidos. Para una correcta determinacin de los volmenes es

necesario contar con sistemas de medicin que brinden una mayor confiabilidad y

exactitud. Ninguna medicin ser confiable si el elemento que determina el valor de

la variable a medir no lo es. A razn de esto, surge la necesidad de utilizar un

sistema de medicin como el de transferencia de custodia. La transferencia de

custodia ocurre cuando el producto es entregado a un tercero para su manejo ycustodia, mantenindose la propiedad del producto.

La custodia del producto pasa del productor al transportador, luego al distribuidor y

por ltimo al usuario final. Como mnimo, existe una medicin fiscal por da entre

cada uno de estos actores. Por este motivo, se deben utilizar mtodos y normas para

garantizar la trazabilidad de los patrones de medicin internacionales.

Existen dos organizaciones que generan documentos de aplicacin para llevar a

cabo, en forma adecuada, estos sistemas de medicin. Estos documentos proveenuna gua y no fuerzan al usuario a utilizar un medidor en particular.

Las tecnologas de medicin que se utilizan deben estar acorde con las

caractersticas del proceso y deben permitir los niveles de incertidumbre adecuados

para la medicin fiscal.

Un sistema de medicin fiscal deber contar por lo menos con los siguientes

elementos:

1. Un elemento primario

2. Una parte instrumental (transmisores, como por ejemplo multivariables,

enderezadores de flujo, etc.)

3. Un sistema de clculo de volmenes netos confiable y con facilidades de generar

informes que puedan ser auditables por un ente regulador.


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2.- Estndares de la Industria del Gas

Los principales estndares de la Industria del gas son:

1.- American Gas Association AGA 3 Placas Orificio

AGA 5 Clculos Energticos

AGA 7 Turbina Axial

AGA 8 - Clculos de Supercompresibilidad

AGA 9 Ultrasnicos

AGA 10 - VOS (Calculada vs Medida)

AGA 11 Medidores Coriolis2.- American Petroleum Institute

API 14: Natural Gas Fluid Measurement

3.- ISO

ISO 5167- Placa Orificio

4.- Regulaciones Locales

2.2.- Estndares de aplicacin para sistemas de Medicin Fiscal (AGA y API)

Estas dos organizaciones son:

a) American Petroleum Institute (A.P.I.).

Es una organizacin que representa a mas de 400 empresas de la Industria del Gas

y el Petrleo de los Estados Unidos. Est dividida en sectores de actividad:

upstream, downstream, actividades martimas, propietarios y operadores de

oleoductos / gasoductos, etc.

Los estndares del A.P.I. describen los mtodos que aseguran una transferenciafiscal con un tipo de medidor particular u otro instrumento. A.P.I. no provee

caudalmetros para transferencia de custodia, tampoco define requerimientos de

exactitud sino que facilita al usuario la utilizacin de las mejores prcticas y usos en

medicin en medicin y calibracin.


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b) American Gas Association (A.G.A.)

Es una organizacin que representa a 192 empresas de energa de los Estados

Unidos que se dedican a la provisin de gas natural en hogares, empresas e

industrias. Provee programas y servicios a sus miembros: propietarios degasoductos, city gates, transportistas, compaas internacionales dedicadas a las

actividad de gas e industrias relacionadas con el gas natural.

Los reportes de A.G.A. proveen datos tcnicos e informacin respecto a

procedimientos prcticas y guas para una instalacin segura y efectiva.

Operacin, testeo y mantenimiento de la medicin y su medidor asociado. Provee

principios cientficos, aplicaciones y uso para todo tipo de dispositivo de medicin de

caudal volumtrico, msico y de poder calorfico.

Estos estndares proveen las ecuaciones necesarias para el clculo preciso del

caudal volumtrico, msico y de poder calorfico.

Se utiliza el AGA 8 para el clculo del factor de compresibilidad, a partir de la

composicin del gas. Con este factor se puede calcular el volumen de gas utilizando

las normas correspondientes para la placa orificio, la turbina, rotativo y ultrasnico.

2.3.- A.P.I. vs A.G.A.

Ambas organizaciones, AGA. API., publican documentos que se utilizan como

guas.

El AGA. es especfico para Gas, mientras que el API. realiza los estndares para

lquidos como para gases.

AGA. realiza la publicacin de reportes.

API realiza la publicacin de estndares (MSMP).

El reporte # 11 del AGA. es adoptado por el API sin modificaciones para el

Manual de Mediciones de Petrleo (API Captulo 14.9).

En el trabajo, se desarrollar y explicar lineamientos bsicos sobre el diseo,

instalacin, operacin, calibracin y mantenimiento de los diferentes medidores

utilizados para la transferencia de custodia, utilizando instrumentos tales como la


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placa orificio, turbinas, ultrasnicos de multi-haz y medidores tipo coriolis. Estos

lineamientos se basarn segn los reportes de la Asociacin Americana de Gas

(AGA) y recomendaciones de proveedores.

3.- Dependencia de la medicin con respecto a la Presin y

Temperatura

La necesidad de determinar los efectos de la presin y la temperatura en la medicin

del caudal volumtrico contribuye a aumentar los errores en la medicin del fluido.

Cuando se quiere convertir el caudal volumtrico a condiciones base, es necesaria lautilizacin de ecuaciones matemticas con los datos especficos para ese

determinado fluido.

Este dato no es conocido para todos los fluidos. Si los datos no son viables la

medicin de transferencia de custodia deber hacerse en unidades de masa (la cual

no vara con la variacin de la temperatura y presin). Una transferencia fiscal

basada en Masa tendr un menor margen de error.

3.1.- Efectos de la Presin y Temperatura

1.- Ecuacin de los Gases

TRZVP ... =

2.- Condiciones Estndar

2.1.- Unidades Internacionales

Presin = 1 atm

Temperatura = 15.6C

2.2.- Unidades Britnicas

Presin = 14.7 psi

Temperatura = 60F


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3.- Condiciones Normales

3.1.- Unidades Internacionales

Presin = 1 atm

Temperatura = 0C3.2.- Unidades Britnicas

Presin = 14.7 psi

Temperatura = 32F

4.- Condiciones de Proceso

Estas propiedades dependen de la temperatura y la presin a la cual se encuentra el

proceso realmente.

=

Flow

Base

Flow

Base

Base

Flow

FlowBaseZ

Z

T

T

P

PVV

4.- Pautas para la determinacin del elemento primario

Se han desarrollado diferentes tecnologas para la medicin de caudal volumtrico,

como:

Placas Orificio

Turbinas Axiales

Ultrasnicos de tiempo de trnsito de multi-haz

Medidor Tipo Coriolis

Los factores que se deben tener en cuenta a la hora de la determinacin del

elemento primarios son:

Caractersticas del producto

Condiciones operativas

Exactitud y repetibilidad

Cada de presin en el instrumento


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Requerimientos de tramos rectos

Costo de la instalacin;

Calibracin

Capacitacin del personal de operacin

Mantenimiento del instrumento.

En particular para la medicin de grandes caudales, la tendencia en la actualidad es

la utilizacin de Medidores del Tipo Ultrasnico de multi-haz.

Si el objetivo es realizar la medicin de caudal msico, se recomienda la utilizacin

de medidores del Tipo Coriolis ya que no depende de la presin y temperatura.

Logrndose de esta forma independizarse de estas variables de proceso.

5.- Placa Orificio

Laplaca orificioes un instrumento de presin diferencial que consiste en una placa

circular metlica, perforada por un orificio, la cual se coloca (generalmente entre

bridas o porta placas especialmente diseada) en una tubera a travs de la cual

pasa el fluido. El dimetro del orificio es siempre inferior al dimetro interno del tubo,creando por tanto una cada de presin transversal a la placa. Midiendo la cada de

presin diferencial puede ser determinada la proporcin de flujo que pasa por la

tubera.

El uso de este tipo de medidor, se encuentra limitado por el . El es la relacin que

existe entre el dimetro de la placa de orificio y el dimetro interior de la caera.

Dd=

donde,

d: dimetro de la placa

D: dimetro interno de la caera


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Principales Caractersticas de la placa de orificio:

Rangeability: 3:1

Baja rangeabilidad.

No tiene limitaciones en cuanto a la temperatura, presin o corrosin coneleccin de los materiales ms apropiados.

Requiere tramos de caeras rectos aguas arriba y aguas abajo de la

medicin.

Se utiliza generalmente para la medicin en gases, vapores.

Cada de presin permanente considerable.

Son de fcil instalacin.

Son relativamente baratos.

La seal de salida no es lineal con el caudal

Error para gases 1 3 % aproximadamente.

El AGA 3 establece para el clculo del volumen la siguiente ecuacin, el caudal se

encuentra expresado en m3/h (a 1 atm y 15C).

Donde

Ebase: velocidad

Nbase: un factor de conversin de unidades

Y1: expansin del gas

Cbase: coeficiente de descarga de la placa orificio

El AGA 3 establece que el va a oscila entre el siguiente rango 0.10 0.75. Lamenor incertidumbre del coeficiente de descarga (Cd) de la placa orificio, entre

valores de entre 0.2 0.6 y dimetros de orificio mas grandes o igual a 0.45 in, ya

que las incertidumbre sobre el coeficiente de descarga son mas elevadas al 3%.

Por varias razones tcnicas, la incertidumbre asociada con las condiciones de

instalacin es difcil de cuantificar.

FlowFlowrel

wFlows2

BaseBase1BaseBase TZG

hPZ

dCNYEQ =


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En la siguiente figura, representa el nivel de incertidumbre atribuido a los siguientes

parmetros:

Coeficiente de Descarga Emprico.

Condiciones de Instalacin, como perfil de velocidades.

Especificaciones mecnicas, tales como la rugosidades de la pared del cao,

excentricidad de la placa y deformacin en los bordes del orifico de la placa.

Figura 1 Nivel de Incertidumbre vs

En la Figura 1 se observa el menor nivel de incertidumbre se encuentre en rangos de

entre 0.10 0.6.

Para asegurar una medicin precisa, el fluido deber ingresar a la placa orificio con

un perfil totalmente desarrollado. Este perfil debe ser libre de vrtices o remolinos.

Estos requerimientos se logran, con mayor facilidad, a travs del uso de

acondicionadores de caudal y adecuadas longitudes de tramos rectos aguas arribas

y aguas debajo de la placa.

5.1.- Acondicionadores de Flujo

A partir del ao 2000 AGA 3 incorpor la configuracin de piping de tramo recto con

acondicionador.


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Antes de esta incorporacin solo tena en cuenta las siguientes configuraciones:

Tramo recto sin acondicionador de caudal.

Tramo recto corto con acondicionador.

Tramo recto largo con acondicionador.

5.1.1.- Tramo recto sin acondicionador de caudal

Antes del ao 2000,

Ahora la longitud de tramo recto aguas arriba de la placa debe ser de cmo mnimo

145D.

5.1.2.- Tramo recto corto con acondicionador


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El mximo permitido con esta configuracin es de 0.46.

5.1.3.- Tramo recto largo con acondicionador

El mximo permitido con esta configuracin es de 0.67.

En las revisiones anteriores del AGA 3 los siguientes enderezadores de vena eran

permitidos:


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El AGA 3 solo acepta 19 tubos concntricos de igual tamao y no acepta 19 tubos de

diseo hexagonal o 7 tubos concntricos o diseo con bandas laterales de

terminacin.

En este documento no se presenta como estndar para la descripcin, la instalacin,o la incertidumbre de otros acondicionadores del flujo. Aquellos enderezadores que

no tiene las caractersticas, anteriormente mencionadas, deben considerarse como

otra clase de acondicionadores de flujo. El uso de otros tipos de acondicionadores

se debe basar en los datos tcnicos del funcionamiento obtenidos por medio de los

test(s) del funcionamiento. Este documento proporciona un criterio uniforme para la

evaluacin de prueba o de las pruebas del funcionamiento del acondicionador de la

instalacin y/o del flujo (perturbacin). Este test(s) es requerido por el AGA para

confirmar el nivel de funcionamiento que se puede alcanzar por una instalacin del

orificio usando un acondicionador del flujo. El test(s) de funcionamiento confirmar la

longitud del tubo, y la localizacin del acondicionador de flujo para la cual el

funcionamiento aceptable.

5.1.5.- Elementos requeridos para la prueba del funcionamiento correcto de la

instalacin para los acondicionadores de flujo

Los tipos de acondicionadores de flujo y los disturbios de la instalacin, forman una

parte muy importante para la base de estos test. Las condiciones de estos test son

las siguientes:

a. Buenas condiciones del flujo. Si un tubo, cuente o no con un acondicionador

de flujo; este se encuentra instalado en una configuracin en la cual el perfil

axial de velocidades est cerca de lo ideal, y la cantidad de remolino sea baja

(menos de 2 grados del ngulo del remolino), despus el acondicionador no

debe introducir una perturbacin que cause una desviacin significativa de la

calibracin.

b. Dos codos (que se encuentren cercanos) de 90 hacia fuera del plano,

instalados directamente contracorriente y aguas arriba del tubo. Esta

configuracin se realiza para producir un componente en la velocidad del


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remolino, y a su vez, alterar la forma del perfil axial de la velocidad. ngulos

del remolino de hasta 15 se han medido directamente aguas abajo del

segundo codo.

c. Cuando se produce el cierre al 50% de una vlvula, si la misma se encuentrainstalada en aguas arriba y en lnea con el tubo.

Si la vlvula es tipo puerta o bola, puede producir un perfil axial fuertemente

asimtrico de la velocidad aguas debajo de la vlvula.

d. Alta cantidad de remolinos. Esta prueba genera una alta condicin del flujo

para los remolinos.

5.2.- Requerimientos de Instalacin

Los coeficientes de descarga dados por los estndares AGA son basados en

resultados experimentales.

1.- Excentricidad: El orificio de la placa debe ser concntrico en ambos lados del

orificio, aguas arriba y abajo. Cualquier excentricidad deber estar dentro de las

siguientes tolerancias:i) Excentricidad paralela al eje de las tomas de presin diferencial: cualquier

excentricidad en el plano x-y mostrado en la figura X, la componente de

excentricidad paralela al eje de las tomas de presin diferencial deber ser menor

o igual que la tolerancia definida en la siguiente ecuacin:

4*3.21.0

*0025.0

m

X

Dm

+

Donde X es igual a la medicin (X-X)/2 en la figura X.


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ii) Excentricidad perpendicular al eje de las tomas de presin diferencial:

cualquier excentricidad en el plano x-y mostrado en la figura X, la componente de

excentricidad perpendicular al eje de las tomas de presin diferencial puede ser

hasta cuatro veces la cantidad calculada en el punto anterior.

La excentricidad mxima permitida del orificio de la placa calculada usando la

ecuacin anterior puede ser doblada si las tomas 180 grados separadas, son

conectadas juntas para obtener una presin promedio. Se debe tomar cuidado para

asegurarse de que las longitudes de tubing, de igual dimetro, sean iguales (con el

dimetro nominal mayor o igual al dimetro de la toma) utilizadas para conectar lastomas, y que la conexin al dispositivo de presin diferencial este situado a mitad de

distancia entre las tomas. Este acercamiento no se recomienda si hay

preocupaciones por flujo pulsante o que flucta.

Cuando la medicin de la excentricidad de una placa orificio instalada entre bridas no

es posible, dos pernos de alineacin perfectamente alineados se deben utilizar para

apoyar y para centrar la placa de orificio mientras que se aprietan los pernos. La

excentricidad concerniente al lado aguas arriba se considera el ms crtico. Se

recomienda que cualquier perno de alineacin u otros dispositivos usados para

posicionar la placa de orificio est montado para centrar la placa de forma relativa a

la seccin aguas arriba del tubo del medicin y de las tomas de presin.


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2.- Perpendicularidad: El sostenedor de la placa de orificio debe mantener el plano

de la placa en ngulo de 90 grados al eje del tubo de medicin.

3.- Tramos de medicin: consisten en tramos de caeras tanto aguas arriba comoaguas debajo de la Portaplaca de Orificio o de la Armadura Portaplaca.

Los requerimientos que se incluyen en el AGA 3 son los siguientes:

Longitud mnima aguas arriba

Longitud mnima aguas abajo

Rugosidad en las paredes internas

Excentricidad de las caeras

El AGA realiz diversos estudios, tomando como base las configuraciones de

caeras ms utilizadas en este tipo de medicin. Determinando, en stos, las

requerimientos mnimos de longitudes tanto aguas arriba como aguas debajo de la

medicin de caudal para que el perfil de velocidades a travs de la placa sea el

adecuado.


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Longitudes Aguas Arriba y Aguas Abajo sin enderezador

Longitudes Aguas Arriba y Aguas Abajo con enderezador


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4.- Circulacin de caudal pulsante a travs de la placa: para realizar la medicin con

exactitud de caudal con la placa orificio operando en condiciones de caudal pulsante

puede ser asegurado solo cuando:

10.0.

PROMP

P

Este lmite se aplica para pulsaciones de caudal de frecuencia simple con o sin

armnica. Como por ejemplo cierre de vlvulas blow-down.

5.3.- Instalaciones para la calibracin de la Placa de Orificio

Las pruebas de calibracin para una placa de orificio se deben realizar especificando

si hay o no hay que acondicionar de flujo aguas arriba de la placa.Cuando las pruebas de la instalaciones se realizan sobre una instalacin de campo

real, se deben verificar los coeficientes de descarga se encuentren dentro de los

lmites de incertidumbre ( 2) del nivel de confianza de la ecuacin de RG (debe ser

un 95%). Esta ecuacin de RG se puede utilizar para calcular el caudal que circula

por la placa. Si los resultados que se obtienen de la prueba tienen una desviacin de


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la ecuacin de RG superior al 2, los resultados de la prueba se pueden utilizar

para el clculo del caudal a travs de la placa.

Requisitos generales y criterios para la prueba de calibracin:

a.- Para aquellas lneas que sean mayores a 10 in, a 10 in se deben probar los

efectos de la instalacin, pero las instalaciones de prueba tienen que mantener la

similitud geomtrica de la instalacin de campo real.

b.- Para aquellas lneas que sean inferiores o iguales a 10 in, se prefiere que la

prueba se realice en el tamao real de la lnea.

Para aquellos tamaos de 6 in Dn10 in, la prueba se puede realizar en una lneaque sea de un tamao nominal ms pequeo que el tamao real de la instalacin.

c.- Para aquellas instalaciones geomtricas similares en mltiples lneas, los

resultados de la prueba de calibracin se pueden realizar en lneas de 4 in y de 8 in

para todos los tamaos de lneas.

d.- Las pruebas se deben realizar entre dos valores de nmero de Reynolds. Las

pruebas de nmeros de Reynolds bajos deben encontrarse dentro del siguiente

rango 104a 5.105; y para los nmeros de Reynolds altos el rango debe encontrarse

entre 106o mayores. La relacin entre los nmeros de Reynolds altos a bajos debe

encontrarse entre 5 o mayores.

Cuando la prueba se realiza con un acondicionador de flujo, los rangos de los

nmeros de Reynolds y la relacin entre los altos y bajos tienen que seguir los

lineamientos generales sobre el nmero de Reynolds especificadas en el apndice

2-D del AGA 3.

e.- Si el nmero de Reynolds alcanzado durante la prueba es menor a 106, la validez

que se obtenga en la prueba de calibracin se va a limitar al nmero de Reynoldsms alto obtenido en la prueba.

f.- Si se tiene la misma instalacin para ser utilizada para diferentes relaciones de ,

las pruebas se deben realizar para las placas mas grandes y mas pequeas del . Si


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el resultado para las dos pruebas del son vlidas, entonces la gama entera de es

vlida.

5.4.- Inspeccin y Mantenimiento de la Placa de Orificio

Es sumamente importante realizar una inspeccin previa al montaje de la placa, en la

cual se debe realizar una verificacin correcta de la limpieza y concordancia con el

tramo de medicin (elemento primario, tubo y enderezador de vena). Esta inspeccin

se realiza segn los requerimientos establecidos por el AGA 3, servir para

determinar el dimetro del tubo y de la placa que se utilizar para el clculo.

Controlar que el rango calibrado del transmisor de presin diferencial, corresponda al

diferencial de la placa usado para el clculo de la relacin de beta a caudal mximo.

Se debe verificar la correcta orientacin de la placa segn el sentido de flujo.

Los puentes de medicin de las placas de orificio deben ser peridicamente

desmontados para una inspeccin completa. La frecuencia depende de las

condiciones operativas y la cantidad de impurezas que se arrastren con el gas. Las

inspecciones peridicas de la placa orificio dan un buen indicador. Como mnimo es

recomendable una inspeccin completa del puente de medicin cada 3 aos.

Las puentes de medicin de placa de orificio deben inspeccionarse antes de lapuesta en servicio y desmontarse peridicamente para limpieza y nueva inspeccin.

Las frecuencias para estas tareas de mantenimiento varan segn las condiciones de

uso. Las placas de orificio se inspeccionan y miden en forma bimensual al comienzo

de las operaciones y segn el resultado obtenido, se aumentan el perodo de

mantenimiento, un control por lo menos cada 6 meses.


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6.- Medicin Ultrasnica de Gas

El Caudalmetro Ultrasnicomide el caudal por diferencia de velocidades del sonido

al propagarse ste en el sentido del flujo del fluido y en el sentido contrario. Otrastcnicas miden la diferencia de fases o de frecuencias entre las ondas del sonido que

recorren el fluido en ambos sentidos

Existen dos tipos de medidores:

Tiempo de trnsito o de propagacin: utiliza la transmisin por impulsos.

Efecto Doppler: utiliza la transmisin continua de ondas.

Segn AGA 9 solo se encuentra estandarizado para los medidores ultrasnicos de

tiempo de trnsito multi-haz de dimetros entre 6 in y mayores. Se considera un

medidor ultrasnico de tiempo de trnsito multi-haz cuando tiene como mnimo dos

pares independientes de transductores. Por este motivo, se explicar a continuacin

el principio de funcionamiento de este tipo de medidor.

Se deben seleccionar medidores con mltiples pares de sensores con el objeto de

minimizar el error por la asimetra en el perfil del flujo que circula. Esto permite

adems continuar midiendo, aunque con mayor incertidumbre, en el caso de que se

pierda la seal de un par de sensores.Esta tecnologa relativamente nueva brinda elementos de alarma y autodiagnstico

no existentes en otros medidores. Se recomienda registrar y analizar esta

informacin, de manera tal que forme parte del reporte diario y del rastro de auditoria

que genera el sistema de medicin.

Ultrasnicos de Tiempo de Trnsito: estn modulados por impulsos. El mtodo

diferencial de medida de tiempo de trnsito se basa en un sencillo hecho fsico: siimaginamos dos canoas atravesando un ro sobre una misma lnea diagonal, una es

el sentido de flujo y la otra en contra del flujo, la canoa que se desplaza en el sentido

del flujo necesitar menos tiempo en alcanzar su objetivo. Las ondas ultrasnicas se

comportan exactamente de la misma forma. La velocidad de flujo se determina por la


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diferencia entre la velocidad de propagacin de una onda de sonido a favor y otra en

contra del flujo. Son los ms precisos.

Se utilizan diferentes tcnicas de clculo numrico para la determinacin de la

velocidad promedio axial del gas y el caudal volumtrico en las condiciones deproceso.

Ecuaciones que determinan los tiempos de trnsito para un haz:

21

21

2

..2

).(

tt

ttLV

=

21

21

..2

).(

tt

ttLc

+=

DondeV: velocidad del gas

c: velocidad del sonido en el gas

t1: tiempo de trnsito aguas arriba

t2: tiempo de trnsito aguas abajo

L: distancia entre el emisor y receptor

D: dimetro interno del medidor

La exactitud de un medidor ultrasnico depende de los siguientes factores:

1.- Geometra del cuerpo del medidor y localizacin de los transductores.

2.- La tcnica de integracin en el diseo del medidor.

3.- Tipo de perfil del gas.

4.- Nivel de pulsacin del caudal que circula a travs del medidor.


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5.- Exactitud de la medicin del tiempo de trnsito.

La exactitud de la medicin del tiempo de trnsito depende de:

1.- Estabilidad del reloj electrnico2.- Deteccin correcta de la onda ultrasnica.

3.- Compensacin para el retardo de seal de los componentes electrnicos y

transductores.

Principales Caractersticas de los Medidores Ultrasnicos:

Utilizan ondas de ultrasonido.

Tamaos 4 a 42 in.

Rangeabilidad elevada.

Bajo costo de mantenimiento, instalacin y bajo peso. Pero elevado costo

inicial.

No intrusivo.

No presenta prdida de carga.

Medicin se realiza electrnicamente.

No requiere recalibracin.

Transductores extrables bajo presin.

Bidireccionales. Los medidores ultrasnicos pueden medir en ambas

direcciones el caudal con la exactitud.

Haz directo sin rebotes o con rebotes.

Tiempo de Trnsito se lo utiliza para fluidos limpios, gases y algunos pueden

medir hasta vapores.

Requieren tramos rectos aguas arriba y aguas abajo.

No tiene partes mviles en contacto con el fluido. No ofrece restricciones de pasaje de flujo, por lo tanto prdida de carga

despreciable.

Necesita suministro de energa para el funcionamiento del instrumento.


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mismo. Por este motivo, se deber especificar las presiones operativas mnimas y

mximas.

6.1.3.- Temperatura de operacin y ambiente

El medidor ultrasnico opera sobre un rango de temperatura de 13 F 131 F

(-25 55C). Por este motivo, se deber especificar el rango operativo de

temperatura del medidor.

El medidor ultrasnico opera sobre un rango mnimo de temperatura ambiente del

aire de -13 F 131 F. Este rango es aplicable al cuerpo del medidor con y sin gas

circulando, la electrnica montada en campo, los transductores ultrasnicos, el

cableado y los dispositivos auxiliares, cuando estos sean diferentes.

La persona que realiza el diseo de este medidor deber indicar que tipo de gas est

fluyendo a travs del mismo y especificar la temperatura ambiente del aire.

6.1.4.- Consideraciones sobre el caudal de gas

El rango de caudal que circula a travs del medidor debe encontrarse dentro de los

lmites especificado por el fabricante del medidor ultrasnico que son:

qmin. : es el rango de caudal de gas mnimo que circula a travs del medidor

ultrasnico que puede ser medido dentro de los lmites de error expandido.

qt: es el rango de caudal de gas bajo el cual el lmite de error expandido es

aplicable. Donde qt qmax

qmax. : es el rango de caudal mximo que circula a travs del medidor

ultrasnico, que puede ser medido dentro de los lmites de error permitidos.

Se deber verificar la velocidad mxima del fluido a travs del medidor por posibles

problemas de ruido, erosin, vibracin de termovaina, etc.


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6.1.5.- Perfil de velocidades y caeras aguas arriba

Las configuraciones de la caera aguas arriba del medidor afectan el perfil de flujo

de velocidades de gas que circula a travs del medidor, provocando errores en lamedicin. La magnitud del error es funcin de la habilidad del medidor de

compensar correctamente estas incertidumbres.

Se deber consultar al fabricante del instrumento de cmo se ver afectada la

precisin del medidor ante la configuracin de caeras adoptada en esta medicin.

6.1.6.- Acondicionadores de Perfil de Flujo

Se podr instalar un acondicionador de flujo aguas arriba, continuo al medidorultrasnico, con el fin de acondicionar el perfil de flujo distorsionado que trae el gas

circulante. Este arreglo permitir reducir las longitudes de caeras a la entrada del

medidor.

6.1.7.- Conexin del medidor con las caeras

Bridas y caeras aguas arriba y aguas abajo adyacentes al medidor, no debern

tener un dimetro interno que difiera en 1% del dimetro interno de este.

6.2.- Requerimiento del medidor

6.2.1.- Cuerpo del medidor

El medidor ultrasnico deber ser fabricado de acuerdo a las clase de bridas de

acuerdo con la norma ANSI 300#, 600#, 900#, etc. La mxima presin de operacin

de diseo del medidor deber ser la mas baja de la mxima presin de diseo de los

componentes: cuerpo del medidor, bridas, conexiones del transductor.


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Todas las partes del medidor que se encuentren en contacto con el fluido que se

quiere medir debern fabricarse con materiales compatibles con el gas natural y

derivados.

Todos los fabricantes debern publicar sus longitudes estndares entre las caras delas bridas del medidor para cada clase de brida y dimetro. El dimetro interior del

medidor ultrasnico deber coincidir o diferir en 1% del dimetro interior de la

caera aguas arriba del mismo.

Si el gas, que se quiere medir, posee impurezas (por ejemplo: aceites livianos o

condensados) los transductores debern ser diseados de manera de reducir la

posibilidad de acumulacin de lquidos o slidos.

Al menos una conexin de presin deber ser provista para la medicin de presin

esttica en el medidor. Cada orificio, que se encuentre involucrado en la medicin de

presin, deber tener un dimetro nominal entre 1/8 3/8 pulgadas y la longitud del

orificio de al menos 2.5 veces el dimetro de las conexiones.

El medidor ultrasnico deber ser provisto con una placa de identificacin fijada a su

cuerpo conteniendo la siguiente informacin:

Fabricante, modelo, nmero de serie; y mes y ao de fabricacin.

Tamao del medidor, clase de brida y peso total.

Dimetro interno.

Temperatura mxima y mnima.

Cdigo de diseo y material del cuerpo y de las bridas.

Rango de presin y temperatura mxima operativa.

Rango de caudal volumtrico actual mximo y mnimo por hora.

Indicacin de sentido de circulacin de caudal.

Cada transductor deber tener una indicacin permanente, con una designacin

nica para poderlo identificar fcilmente.


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6.2.2.- Transductores

Los fabricantes debern indicar las especificaciones generales de sus transductores

ultrasnicos, tales como: dimensiones crticas, presin de operacin mximaadmisible, rango de presin y temperatura de operacin, y limitacin en la

composicin del gas. El fabricante deber especificar la presin de operacin mnima

basada en el modelo del transductor, tamao del medidor y condiciones de operacin

esperadas.

Cada transductor o pares de transductores debern ser testeados por el fabricante y

los resultados debern ser documentados como parte del programa de

aseguramiento de la calidad del medidor. Tambin, debern ser provistos con la

documentacin que contenga los datos del test de calibracin, el mtodo de

calibracin y los parmetros de caracterizacin.

6.2.3.- Electrnica

Los sistemas electrnicos, incluyendo fuentes de alimentacin, microcomputadores,

componentes del procesamientos de seal y circuitos de excitacin de los

transductores, contenidos en uno o mas gabinetes son considerados como la

Unidad de procesamiento de seal (S.P.U.).

El sistema deber tener una funcin watch-dog-timer, para asegurar el reinicio

automtico de la S.P.U. ante una falla del programa.

La S.P.U. deber ser equipada con al menos una de las siguientes salidas:

Interfase tipo Serie de Datos: RS-232, RS-485 o equivalente.

Frecuencia: representando el caudal a las condiciones de operacin.

El medidor, tambin, podr ser equipado con una seal analgica de 4 20 mA, para

la medicin de caudal en las condiciones de proceso. La seal deber ser escalable

hasta un 20% por encima del qmax.Y una funcin de corte por bajo caudal, la cual

setea la salida a cero cuando el caudal indicado sea mas bajo mnimo. No se aplica

para salida de datos serie.


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El diseo del medidor ultrasnico, incluyendo la S.P.U., deber ser analizado,

testeado y certificado por un laboratorio competente, y cada medidor deber ser

aprobado para uso en reas peligrosas segn la clasificacin correspondiente.

6.2.4.- Software del computador de caudal

Los cdigos del computador responsables del control y operacin del medidor

debern ser almacenados en una memoria no voltil. Todas las constantes para el

clculo del caudal y los parmetros ingresados por el operador debern, tambin, ser

almacenados en la memoria no voltil. Para propsitos de auditorias deber ser

posibles la verificacin de todas las constantes y parmetros mientras que el medidor

se encuentre operando.

El fabricante tendr que tener un registro de todas las revisiones del firmware,

incluyendo nmero de serie de la revisin, fecha de revisin y los modelos del

medidor que se aplican en esta medicin, etc. y una descripcin de los cambios que

se producen en el firmware.

El computador deber tener la capacidad de ser configurado de manera local o

remota, al igual que para realizar el monitoreo de la operacin. Como mnimo el

software deber mostrar y almacenar las siguientes mediciones: el caudal en lascondiciones operativas, velocidad media, velocidad del sonido promedio, velocidad

del sonido a lo largo de una trayectoria acstica y calidad de la seal ultrasnica

recibida por cada transductor.

Los siguientes estados de alarmas debern ser provistos en forma de contactos

secos, contacto de rele o switches de estado slido libre de voltaje aislado de tierra:

Salida invlida. Cuando el caudal indicado en condiciones de operacin no es

correcto.

Trouble (opcional). Cuando cualquiera de los parmetros monitoreados sale

fuera del valor normal de operacin por un perodo de tiempo significativo.

Falla Parcial (opcional). Cuando uno o ms de los caminos de los mltiples

haces ultrasnicos no se puede utilizar.


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El proveedor del instrumento deber proveer una serie de diagnsticos va

comunicacin serie, como por ejemplo: velocidad de caudal promedio axial a travs

del medidor, velocidad promedio del sonido, etc.

6.3.- Requerimientos de Performance

Si no se realizaron los tests de calibracin correspondiente del medidor, el fabricante

deber proveer los suficientes datos como para confirmar que el medidor se

encuentra dentro de una performance aceptable para la medicin en custodia.

Si se realizaron los tests de calibracin

Para cada diseo y tamao, el fabricante del medidor ultrasnico deber especificar

los lmites de caudal qmin., qty qmax..

Especificacin de Performance

6.3.1.- Requerimientos del AGA 9 para Medidores Ultrasnicos 12 pulgadas

Repeatibility: 0.2% para qt qiqmax

0.4% para qmin qiqt


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Resolucin: 0.003 ft/s (0.001 m/s)

Intervalo de Velocidad de Muestreo: 1 segundo

Mximo Error entre picos: 0.7% para qt qi qmax (ver figura Especificacin de

Performance)

Flujo Cero: < 0.004 ft/s (12 mm/s)

Error Mximo: 0.7% para qt qiqmax

1.4% para qmin qiqt

6.3.2.- Requerimientos del AGA 9 para Medidores Ultrasnicos < 12 pulgadas

Repeatibility: 0.2% para qtq

iq

max

0.4% para qmin qiqt

Resolucin: 0.003 ft/s (0.001 m/s)

Intervalo de Velocidad de Muestreo: 1 segundo

Mximo Error entre picos: 0.7% para qt qi qmax (ver figura Especificacin de

Performance)

Flujo Cero: < 0.004 ft/s (12 mm/s)

Error Mximo: 1.0% para qt qiqmax

1.4% para qmin qiqt

6.4.- Requerimientos Individuales de Testeo

Antes de producirse el envo de cada medidor ultrasnico, el fabricante deber

realizar una serie de tests y chequeos a cada medidor. Todos los resultados

obtenidos sern documentados en un reporte, preparados por el fabricante y enviado

al usuario final.


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6.4.1.- Test de prdidas

Cada medidor, completo, deber ser testeado por prdidas por el fabricante despus

del ensamble final. Para este test se debe utilizar un gas inerte, como el nitrgeno.La presin de test deber ser como mnimo 200 psig manteniendo la presin por al

menos 15 minutos.

6.4.2.- Dimensiones

El fabricante deber medir y documentar el dimetro promedio interno del medidor,

as como tambin, la longitud de cada camino acstico entre caras de los

transductores y la distancia axial entre pares de transductores. El promedio del

dimetro interno se determina a travs de 12 mediciones. Si el camino acstico no

puede ser medido directamente se debern utilizar mtodos indirectos como la

trigonometra. Todos los parmetros medidos en este test debern ser compensados

por la temperatura, aplicndole el coeficiente de expansin trmico del material.

6.4.3.- Test de caudal cero

El fabricante deber realizar un test de verificacin de caudal cero, en forma

detallada incluyendo como mnimo los siguientes requisitos:

Se colocan bridas ciegas en ambas caras del medidor, y se debe ventear todo

el aire contenido en el mismo. Luego se realiza la presurizacin con un gas de test

puro o una mezcla de gases. Las propiedades acsticas del gas de test deben ser

bien conocida y documentadas.

La temperatura y presin del gas debern ser viables para la correctautilizacin del out-set. La velocidad del gas para cada camino acstico deber ser

grabada por al menos 30 segundos. La velocidad del gas y desviacin estndar

para cada camino acstico debern ser calculadas.


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Los ajustes al medidor debern ser realizados, de tal manera, que brinden una

performance de acuerdo con las especificaciones del fabricante y los

requerimientos del AGA 9.

Los valores de la velocidad del sonido medidos son comparados con los valores

tericos. Los valores que se determinan tericamente son computados usando un

completo anlisis de los componentes del gas de test, mediciones precisas de la

presin y temperatura, y la ecuacin de estado utilizando el AGA 8.

6.4.4.- Test de calibracin

El siguiente test de calibracin de caudal es recomendado por AGA 9. Los puntos de

calibracin recomendados son: qmin, 0.10 qmax, 0.25 qmax, 0.40 qmax, 0.70 qmaxy qmax.

El test deber realizarse con el gas a presin, temperatura y densidad muy cercanas

a las operativas promedio esperadas para el proceso. Tambin debern tenerse en

cuenta las configuraciones de caeras y si se usarn acondicionadores de caudal

para tambin incluirlos en el test de ser necesario.

Es posible que no se pueda testear el medidor ultrasnico si es muy grande hasta su

capacidad mxima, debido a las limitaciones de las instalaciones actualmente

disponibles para las pruebas. En estos casos el diseador puede especificar un

caudal mas bajo que qmax.

6.5.- Requerimientos de instalacin

6.5.1.- Consideraciones ambientales

El fabricante deber especificar la temperatura ambiente para su medidor

ultrasnico. No debern ser instalados donde los niveles de vibracin o frecuencias

exciten la frecuencia natural de la placa de la unidad de procesamiento de seal

(SPU), componentes o transductores ultrasnicos. El fabricante deber indicar la

frecuencia natural de todos los componentes del medidor.


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No se deber exponer el medidor o su cableado a ruido elctrico de manera

innecesaria, incluyendo corriente alterna, transitorios de solenoides, o transmisores

de radio.

6.5.2.- Configuracin de caeras

Para aplicaciones bidireccionales ambos lados del medidor sern considerados

aguas arriba.

Varias combinaciones de accesorios, vlvulas, tramos de caeras aguas arriba,

pueden producir distorsiones en el perfil de velocidad y esto puede conllevar errores

de medicin. La magnitud de ese error depende del tipo y gravedad de las

distorsiones producidas por la configuracin aguas arriba y la habilidad del medidor

de compensar esta distorsin. Hay trabajos de investigacin sobre los efectos de la

instalacin, por lo tanto el diseador debe consultar con el fabricante para repasar los

resultados de las ultimas pruebas y para evaluar cmo la exactitud de un diseo

especfico del UM se puede ver afectada por la configuracin aguas arriba de la

instalacin prevista.

Para asegurar el buen funcionamiento del medidor debido a la configuracin de

caeras, el fabricante deber hacer una de los siguientes dos cosas:1. Recomendar la configuracin de caeras y las longitudes mnimas aguas

arriba y aguas abajo, una sin un acondicionador del flujo y una con un

acondicionador del flujo, que no crear un error de medida del caudal de ms

de 0,3% debido a la configuracin de la instalacin. Este lmite del error debe

solicitar cualquier caudal del gas entre el qminy el qmax. La recomendacin se

debe apoyar por datos de prueba.

2. Especificar el disturbio mximo permitido del flujo (por ejemplo, asimetra del

perfil de la velocidad, intensidad de la turbulencia, etc.) en la brida del

medidor aguas arriba de ste o en alguna distancia axial especificada aguas

arriba del medidor que no crear un error de medida adicional del caudal de

ms de 0,3 % debido a la configuracin de la instalacin. Este lmite de error


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debe solicitarse para cualquier caudal del gas entre el qmin y el qmax. La

recomendacin se debe apoyar por datos de prueba.

La investigacin ha indicado que los perfiles asimtricos de la velocidad puedenpersistir para 50 dimetros de caera o ms aguas abajo del punto de iniciacin.

Los perfiles de velocidad que remolinan pueden persistir para 200 dimetros de

caera o ms. Un acondicionador del flujo instalado correctamente aguas arriba del

medidor ultrasnico puede ayudar a acortar la longitud de caera recta requerida

para eliminar los efectos de un disturbio del caudal aguas arriba. Un medidor

ultrasnico puede compensar para un cierto nivel del disturbio del perfil del flujo.

Cambios internos de dimetros y protuberancias deben ser evitados a la entrada del

medidor ya que estos crean disturbios locales en el perfil de velocidad. El orificio del

medidor, las bridas y las caeras aguas arriba adyacentes, deben tener todas el

mismo dimetro interno dentro de un 1% y ser alineados cuidadosamente para

minimizar los disturbios, especialmente la brida aguas arriba. La soldadura interna de

la brida aguas arriba debe ser amolada suavemente.

La superficie interna del medidor ultrasnico se debe mantener limpia de cualquier

depsito debido a los condensados o los rastros del aceite mezclados, suciedad o la

arena, que puede afectar el rea transversal del medidor. La operacin del medidor

depende del rea transversal para convertir velocidad del medio del gas a un caudal.

Si una capa de depsitos se acumula dentro del medidor, el rea transversal ser

reducida, causando un aumento correspondiente en la velocidad del gas y un error

de medida positivo. Por ejemplo para un medidor de 6 de dimetro interno una capa

de depsitos de solo 0.008 alrededor de la superficie interna puede causar un error

de +0.53% del caudal medido.


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6.5.3.- Termovainas

Para caudal unidireccional, el diseador deber instalar la termovaina aguas abajo

del medidor ultrasnico. La distancia entre la cara de la brida aguas abajo a latermovaina deber estar entre 2D y 5D.

Para instalaciones de caudal bidireccional, la termovaina deber ser colocada al

menos a 3D de la cara de la brida. D es definido como el dimetro nominal del

medidor.

Se debern tener muy en cuenta las vibraciones que puedan sufrir las termovainas a

causa de una alta velocidad del gas.

6.5.4.- Interferencia por Ruido Acstico

Algunas vlvulas de control reductoras de presin, diseadas para reducir el ruido

audible, pueden producir niveles de ruido ultrasnico muy altos, bajo ciertas

condiciones de operacin. El ruido ultrasnico de esas vlvulas de control puede

interferir con la operacin de los medidores ultrasnicos ms cercanos. Por esta

razn se deber comunicar al fabricante si se instalar alguna vlvula de estas

caractersticas cerca del medidor.

6.5.5.- Acondicionadores de flujo

Acondicionadores de flujo pueden o no ser necesarios, dependiendo del diseo del

medidor, el fabricante y de la gravedad de cualquier perturbacin del perfil de flujo

aguas arriba.

6.5.6.- Filtrado del gas

No ser necesario el filtrado del gas antes del sistema de medicin si se comprueba

que en ningn momento existir acumulacin de depsitos debido a mezclas de


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suciedad, condensados y/o aceites lubricantes. El filtrado ser necesario si se

conoce la existencia de alguna de las condiciones anteriores.

6.6.- Errores Mximos Admisibles

Los errores mximos admisibles y de repetibilidad en los ensayos de aprobacin de

modelo y verificacin primitiva de un medidor ultrasnico no debern exceder los

valores siguientes, previo al ajuste del factor de calibracin:

Errores mximos admisibles y repetibilidad del medidor ultrasnico

El intervalo de velocidad en el muestreo debe ser menor o igual a 1 segundo.

La mxima diferencia entre el valor de error mas alto y el valor del error mas bajo,

deber ser igual o menor al 0.7% para un caudal q i, mayor o igual al caudal de

transicin (qt) y menor o igual al caudal mximo (qmax).

El medidor deber cumplir con los valores de error y repetibilidad indicados en la

tabla sobre el rango total de la presin operativa, temperatura y alcances de

composicin de gas, sin la necesidad de ser ajustado manualmente.

Los errores mximos admisibles en los ensayos de aprobacin de modelo y

verificacin primitiva de la instrumentacin asociada al medidor ultrasnico nodebern exceder los siguientes valores:


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Vb= volumen acumulado a condiciones base.

= integral sobre el tiempo.

dt = intervalo de integracin de tiempo, tpicamente 1 segundo.

La primera ecuacin convierte el caudal a condiciones de operacin en caudal a

condiciones base. La segunda representa el proceso de acumulacin en el tiempo.

6.8.- Calibracin de los Medidores Ultrasnicos

Los medidores se deben calibrar en un laboratorio reconocido, en condiciones

similares a las de operacin. El factor de calibracin resultante se aplicar en los

clculos de manera de minimizar el error en el rango normal de trabajo.

Los medidores ultrasnicos al igual que las turbinas se deben calibrar despus de un

reemplazo de sensores o electrnica de control. Como mnimo es conveniente una

calibracin cada 3 aos. Una calibracin seca anual siguiendo las recomendaciones

del fabricante, suministra un indicio del funcionamiento, pero no reemplaza a la

calibracin con gas en condiciones similares a las de operacin.

6.9.- Inspeccin y Mantenimiento de los Medidores Ultrasnicos

Es difcil establecer recomendaciones firmes sobre una tecnologa relativamente

nueva y en continuo proceso de mejora.

Los operadores debern revisar los conceptos siguientes en forma peridica a la luz

de las nuevas experiencias que se obtengan.

Los medidores ultrasnicos por su caracterstica intrnseca tienen mecanismos de

auto diagnstico y ajustes que no existan en otros medidores. Estas prestacionescorrectamente comprendidas y aplicadas significan un aumento en la confiabilidad de

la medicin. En cada caso deben seguirse las recomendaciones de inspeccin y

control de los fabricantes, pero como mnimo en forma mensual lo siguiente:

1. Inspeccin visual del medidor, sus sensores, cableado, etc.

2. Anlisis de las alarmas y eventos registrados en el medidor.


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3. Comparacin de las velocidades del gas en cada canal respecto a los valores

normales histricos.

4. Verificacin de que la velocidad del sonido del gas de cada canal difiera en

menos del 1% y sea razonable para esa composicin de gas, presin ytemperatura con valores tericos obtenidos por otros mtodos.

5. Anlisis de variacin de la ganancia en cada sensor. Cuando la misma cae

por debajo del 80%, se debern inspeccionar y limpiar los sensores.

6.10.- Verificacin del Medidor

6.10.1.- Verificacin primitiva

La verificacin primitiva de un modulo de medicin ser llevada a cabo, excepto que

en el certificado de aprobacin de modelo se especifique que el mismo ha sido

ensayado a condiciones de flujo en las siguientes condiciones:

Sobre el rango completo de medicin.

Bajo condiciones de operacin (presin, temperatura).

Con el gas a ser medido.

Con cualquier correccin y/o condicin a ser aplicada.

No ser necesario un ensayo sobre el sistema de operacin cuando se demuestre

que los ensayos de desempeo llevados a cabo en un banco de prueba son

representativos de la situacin real y que adems los componentes del sistema no

fueron influenciados por desarmes, transporte y rearmado. En este caso no es

necesario efectuar nuevamente los ensayos. No obstante se deber efectuar un

examen de todo el sistema que consistir en:

1.- Ensayo de verificacin de flujo cero: para verificar el sistema de medicin del

tiempo de trnsito se deber ensayar el medidor sin flujo y verificar que la lectura sea

inferior a 12 mm/s. El fabricante deber elaborar un procedimiento de ensayo

detallado.


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2.- Informe de ensayo: los resultados de cada ensayo requerido sern documentados

en un informe escrito por el fabricante. Para cada medidor, el informe incluir como

mnimo:

a) El nombre y la direccin del fabricante.b) El nombre y la direccin del laboratorio de ensayo.

c) El modelo y el nmero de serie.

d) El nmero de revisin del firmware de la C.P.U.

e) La fecha(s) del ensayo.

f) El nombre y el cargo de la persona (s) que dirigi los ensayos.

g) Una descripcin escrita de los procedimientos del ensayo.

h) Las configuraciones de la caera aguas arriba y aguas abajo.

i) Un informe de diagnstico de los parmetros de configuracin del software.

j) Todos los datos del ensayo, incluyendo caudales, presiones, temperaturas,

composicin del gas e incertidumbre de medicin de las instalaciones de

ensayo.

k) Una descripcin de algunas variaciones o desviaciones de las condiciones de

ensayo requeridas.

6.10.2.- Verificacin en Campo

El fabricante del medidor deber proveer un procedimiento escrito de ensayos de

verificacin en campo del medidor que permita a este ser ensayado funcionalmente

asegurando que el medidor se encuentra operando normalmente. Este procedimiento

incluir:

Ensayo de verificacin de flujo cero.

Anlisis de medicin del sonido.

Anlisis individual del sendero acstico de medicin.

Anlisis de la velocidad de flujo en cada sendero acstico.

Niveles de ganancias y de rechazo de seal.


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El fabricante deber proveer de un anlisis de incertidumbre donde se demuestre

que estos ensayos de verificaciones de comportamiento en campo del medidor, son

suficientes para validar las caractersticas de comportamiento fsico y elctrico del

medidor. El fabricante deber hacer referencia al mtodo de anlisis deincertidumbre utilizado.

6.10.3.- Verificacin peridica

Los ensayos de verificacin peridica a los que ser sometido el sistema de medicin

sern los mismos que se requieren para la verificacin primitiva y debern ser

efectuados 1 vez por ao.

La verificacin del dimetro interno del medidor ser efectuada cada 3 aos, para

evaluar la estabilidad geomtrica del medidor.

Con el fin de verificar la estabilidad del mdulo de medicin se efectuar sobre este

cada 3 aos, una verificacin de desempeo a flujo cero y presin de trabajo sobre

los lineamientos establecidos en el AGA 9.

Los desvos en los valores de velocidad del sonido obtenido de este ensayo debern

ser inferiores a las establecidas por el fabricante del mdulo de medicin. De ser

superior a estos valores, en cualquiera de las trayectorias acsticas, se deberproceder a reparar el mdulo de medicin y someterlo posteriormente a los ensayos

correspondientes a una verificacin primitiva.

Se efectuar un ensayo a condicin de flujo cada 6 aos en un banco de prueba a

condiciones operativas similares a la del gas a medir. Este medidor ser provisto por

el usuario y deber tener trazabilidad directa a patrones nacionales o a un laboratorio

con capacidad de ensayo, previa evaluacin y autorizacin de un ente calificado.


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7.- Medidor Msico Tipo Coriolis

El medidor Coriolisse basa en el teorema de Coriolis. Los tubos de caudal del sensor

son impulsados a vibrar a su frecuencia natural mediante un imn y una bobina drive

sujetos al vrtice de los tubos doblados. Un circuito amplificador de control drive de

CA ubicado en el transmisor reforza la seal proveniente de la bobina pick-off

izquierda sensora de velocidad del sensor para generar el voltaje de la bobina drive.

La amplitud de este voltaje de la bobina drive es ajustado continuamente por el

circuito para mantener una amplitud baja y constante de desplazamiento del tubo de

caudal, minimizando la tensin en el conjunto del tubo.

La generacin de la fuerza Coriolis puede producirse de dos formas:

1.- Por inversin de las velocidades lineales del fluido mediante la desviacin de un

bucle en forma de omega en estado de vibracin controlada (frecuencia de

resonancia). La vibracin del tubo perpendicular al sentido de desplazamiento del

fluido crea una fuerza de aceleracin en la tubera de entrada del fluido y una fuerza

de desaceleracin en la de salida. Se genera un par cuyo sentido va variando de

acuerdo con la vibracin y con el ngulo de torsin del tubo, que es directamente

proporcional a la masa instantnea de fluido circulante.

2.- Por inversin de las velocidades angulares del fluido mediante un tubo recto. Por

la vibracin a la que se somete el tubo, existe una diferencia de fase entre las

velocidades angulares en distintos puntos. Esta diferencia de fase es la que miden

los sensores y es proporcional al caudal msico. La ventaja del tubo recto respecto al

tubo omega es que su prdida de carga es muy baja.

En la figura que se presenta a continuacin se muestra como es el sensor del

medidor Coriolis:


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El medidor Coriolis es independiente del perfil de flujo, es insensible a las

turbulencias. No se requieren tramos rectos acondicionadores de flujo aguas

arriba, reducindose los costes de instalacin.

Principales Caractersticas del Medidor Coriolis:

Los medidores Coriolis, cuando se utilizan para medir en volumen, presentan

algunas ventajas:


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No tienen partes mviles, asegurando de esta forma una mejor exactitud a lo

largo del tiempo.

No requiere instalaciones especiales, con bajos costos de instalacin.

Tiene un sensor no intrusivo que evita el deterioro por partculas de

condensados.

La medicin de densidad en lnea est disponible en el medidor. La densidad

es necesaria para calcular el volumen referido a condiciones base.

Salidas electrnicas mltiples y variadas proveen informacin en tiempo real

para diagnsticos y operacin en lnea.

Medicin de caudal Msico: El movimiento vibratorio del tubo de caudal, combinadocon el del fluido que pasa a travs de los tubos, induce una fuerza Coriolis que

provoca que cada tubo de caudal se fuerce en proporcin a la tasa de caudal msico

que pasa a travs del tubo durante cada ciclo de vibracin. Debido a que una pata

del tubo de caudal se retrasa respecto a la otra pata durante ese movimiento de

torsin, las seales provenientes de los sensores, ubicados en las dos patas del tubo

pueden ser comparadas electrnicamente para determinar la cantidad de torsin. El

transmisor mide el retraso del tiempo entre las seales de los sensores izquierdos y

derechos usando circuitos de precisin y un reloj de alta frecuencia controlado por

cristal. Este valor de tiempo se filtra digitalmente para reducir el ruido y mejorar la

resolucin de la medicin.

La diferencia de tiempo es multiplicada por el factor de calibracin de caudal para

determinar la tasa de caudal msico. Debido a que la temperatura afecta a la rigidez

del tubo de caudal, la cantidad de torsin producida por la fuerza Coriolis ser

afectada por la temperatura del tubo de caudal. El transmisor ajusta continuamente la

tasa de caudal medida y monitorea la salida de un detector de temperatura porresistencia (RTD) basado en un elemento de platino; este sensor est sujeto a la

superficie exterior del tubo de caudal. El transmisor mide la temperatura del sensor

usando un circuito amplificador es convertido a una frecuencia y es digitalizado

mediante un contador ledo por el microprocesador.


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La medida en masa es independiente de la temperatura, presin y densidad del

fluido. En general la medicin en volumen debe ser corregida a determinadas

condiciones (a una temperatura y presin definida), por lo que es necesario conocer

las propiedades termodinmicas y el factor de compresibilidad del fluido. Si lamedicin de masa no es directa, se presentan fuentes de error adicionales:

Lectura del caudal (velocidad)

Presin

Temperatura

Composicin o densidad operativa

Los medidores Coriolis, cuando se utilizan para medir en masa, presentan las

mismas ventajas anteriormente mencionadas y adems:

La densidad, aunque no es necesaria para los clculos, permite monitorear la

calidad del producto.

La alternativa para medir la masa es la de utilizar un medidor volumtrico y un

densitmetro. Pero esto, provoca un incremento en los costos y aumenta los

errores ya que se introducen ms instrumentos.

El medidor msico tipo Coriolis se recomienda utilizarlo cuando nos encontramos en

presencia de fluidos sucios o viscosos; ya que al no poseer partes mviles se

reducen los costos de mantenimiento. Por ejemplo, el aire o arena no producen un

dao en el medidor.

Si se produce una variacin muy importante en los caudales, el medidor Coriolis

logra la mayor relacin de caudales.

Medicin de Densidad: el sensor de caudal msico tipo Coriolis tambin funcionacomo un medidor de densidad de tubo vibratorio. La frecuencia natural del medidor

de densidad de tubos vibratorio. La frecuencia natural del conjunto de tubo es una

funcin de la rigidez del tubo, geometra del tubo y masa del fluido que contiene el


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tubo. Por lo tanto, la densidad del fluido puede ser derivada de una medicin de

frecuencia del tubo.

El transmisor mide el perodo de tiempo de cada ciclo de vibracin usando un reloj de

alta frecuencia. Esta medicin es filtrada digitalmente, y la densidad es calculadausando los factores de calibracin de densidad para el sensor despus de

compensar la frecuencia natural sensada para cambios conocidos en la rigidez del

tubo debido a la temperatura de operacin. El transmisor calcula el caudal

volumtrico dividiendo el caudal msico medido entre la densidad medida.

En los dems medidores para la determinacin de densidad es necesario un

gravmetro adicional al medidor de caudal, pero con el msico no; ya que la medicin

de densidad en lnea monitorea la calidad, existen alarmas disponibles para avisar

los cambios de densidad y los medidores Coriolis miden tanto masa, volumen,

densidad todo en un solo dispositivo.

La decisin de medir en volumen o mas depende de las propiedades del fluido. La

medicin en volumen debe ser corregida a las condiciones base para transferencias

fiscales. Por este motivo, es necesario conocer las propiedades termodinmicas y el

factor de compresibilidad del fluido. Estos datos no son conocidos para todos los

fluidos; si no estn disponibles, la transferencia puede realizarse en masa (est no

vara frente a los cambios de presin y temperatura).

Las ventajas de los medidores Coriolis en las Transferencias Fiscales; al no haber

partes mviles y no necesitarse de acondicionadores de flujo, los medidores Coriolis

presentan:

Menor mantenimiento y costo de inventario.

Mayor produccin y caudal a medir. Mayor mantenimiento de la exactitud

Reduccin de costo de instalacin.

Bidireccionalidad y medicin de densidad en el mismo instrumento


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Informacin en tiempo real del medidor para el sistema supervisor o de

adquisicin de datos.

El AGA 11 dice que es vlida la utilizacin de un medidor Coriolis para gas paratodas aquellas aplicaciones de media y alta presin. Estas aplicaciones incluyen la

medicin de gas (monofsico) en produccin, proceso, transmisin, almacenaje,

distribucin y medicin de consumo en sistemas de medicin.

Los rangos de aplicaciones que determina el reporte son los siguientes:

Para poder convertir el volumen medido a condiciones base, en una transferencia

fiscal, es necesario utilizar ecuaciones matemticas con los datos especficos para el

fluido que se est analizando. Estas ecuaciones provienen de datos experimentales.

Lo que queda claro es que la transferencia fiscal basada en medicin msica tendr

menor margen de error que la medicin en volumen.


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Para determinar en condiciones estndares del caudal, el medidor realiza lo

siguiente: la salida en masa del medidor Coriolis es convertida en unidades

estndares, sin el uso de la densidad operativa. Esta conversin requiere el

conocimiento de la composicin del gas para calcular la densidad base utilizando unaecuacin de estado que se puede encontrar en el AGA 8.

7.1.- Calidad del Gas

Como mnimo el medidor operar con exactitud con cualquiera de las mezclas de

gas natural especificadas en el reporte AGA 8, denominadas como Rango Normal o

Normal Range. El rango normal comprende a los gases con densidades relativas

entre 0.554 (que es el metano puro) y 0.87.

La utilizacin de este medidor se encuentra limitada a la fase gaseosa dentro del

Rango Expandido o Expanded Range.

Si las aplicaciones se encuentran fuera de estos rangos mencionados se debern

realizar las verificaciones correspondientes.

7.2.- Material del Medidor

El uso de materiales en contacto con las partes hmedas deber ser tenido en

cuenta, como por ejemplo: si la condicin de proceso est prxima al dew point de la

mezcla de gas; los niveles de sulfuros exceden lo especificado segn los

lineamientos de National Association of Corrosion Engineers (N.A.C.E.); presencia de

halgenos en la mezcla; etc.

7.3.- Presin de operacin

El fabricante determinar la mxima presin de operacin segn sus estndares. La

cada de presin a travs del sensor del medidor Coriolis depender segn la

aplicacin.

Hay que tener en cuenta la mnima presin de operacin, ya que es una condicin

ms desfavorable para el sensor.


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La cada de presin (P) se encuentra determinada por el coeficiente de prdida de

carga (K), definido como:

Donde:

gc: constante de conversin de unidades

P: cada de presin

f: densidad del fluido

: velocidad del gas

Si rescribimos la ecuacin anterior para poder resolver la cada de presin,

obtenemos:

7.4.- Performance del Medidor Msico Tipo Coriolis

La mnima performance requerida por el medidor se encuentra especificada en la

siguiente figura extrada del AGA 11:

2*

**2

v

PgK

f

C

=

C

f

g

vKP

*2

** 2=


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Algunos factores que pueden afectar la performance del medidor en el campo

pueden ser producidos, por: porque se produjo el estrs mecnico en el medidor;

variaciones en el caudal; configuracin de la caera; variaciones extremas depresin y temperatura; cambios en la condiciones ambientales; y composicin y

estado de agregacin del fluido.

El repor

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