CAUDAL1. Caudal . . . .

2. Medidores Volumtricos .............................4

2.1. Instrumentos que aprovechan la Presin Diferencial...........4

2.2. Correccin para Fluidos Compresibles...............................8. ' " '' ' "

: -

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2.3. Elementos Primarios^para SensarHa^Prsn^Bt .

2.3.1. Placa de Orificio 12

2.3.2. Tobera 13

2.3.3. Tubo Venturi 15

2.4. Transmisores de Flujo 153. Instrumentos de Desplazamiento Positivo 18

3.1. Medidor Birrotor 18

3.2. Medidor Oval 20

4. Instrumentos que Aprovechan la Velocidad 22

4.1. Medidor de Turbina 22

4.2. Medidor Ultrasnico 24

5. Instrumentos que usan el Par Giroscpico 26

6. Computadores de Flujo 287. El Caudal en Instalaciones Petroleras 29

Captulo VII: Caudal

Instrumentacin Industrial en Instalaciones Petroleras Jess Enrique Otero Ramos

Capitulo VII: Caudal

Instrumentacin Industrial en Instalaciones Petroleras Jess Enrique Otero Ramos

1. CAUDALUna de las variables operacionales ms comunes en los procesos industrialespara ser medido y controlado es el caudal. Es el caudal la variable querelaciona el volumen en relacin al tiempo y puede expresarse en diferentesunidades tal como se muestra a continuacin:

Caudal = Volumen / TiempoCi = Litros / minutoC2 = Litros / segundoC3 = galones / minutoC4 = Barriles / Hora

(1)

Podrn existir otras unidades para medir el caudal, que relacionen el volumencon unidades de tiempo y que podr ser representativa de alguna instalacinindustrial. Para medir el caudal existen varios mtodos segn si es un caudalvolumtrico o un caudal masico. Para medir estos caudales se desarrollaronvarios transductores que permitirn tener contacto directo con el caudal paraproporcional una seal til representativa del caudal y que puede ser medida.

Entre los mtodos los mtodos y variables que se aprovechan para medir elcaudal estn: la presin diferencial, la velocidad, rea variable, desplazamientopositivo, par giroscopio, entre los cuales se podr resear:

Presin Diferencial PB

! PA: Presin en A.| VA: Velocidad de

Fluido en A.! aA: rea en A.

1 PB: Presin en B.| VB: Velocidad de

Fluido en B.i aB: rea en B.

Si PA, PB, VA, VB, son las presiones absolutas y las velocidades antes ydespus del elemento transductor y aA, aB, son las reas correspondientes enA y en B, reemplazando estos valores en el Teorema de Bernoulli se tiene:

VA PB2g Wo 2g Wo

(3)

Donde:Wo: Peso Especifico del Fluido,g: Gravedad.

Como se tiene que: aA.VA = aB.VB => VA=(aB.VB)/aA

(4)aA: rea de A, es el rea de la tubera.aB: rea de B, es equivalente al orificio del elemento que origina la cada de

presin dentro de la tubera por donde circula el fluido.

Reemplazando la ecuacin (4) en (3) y desarrollando los trminos resulta:

(aBVBlaAY PBWo 2g Wo

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Agrupando Trminos equivalentes resulta:

PA PB = VB2 (aB)2.(VB)2

Wo Wo ~ 2g (aA)22g

_L.(W-M) = ( .^0_(21)Wo 2g (aA)2

(aA)2'

Despejando VB de la ltima expresin resulta:

-.(PA - PB)VB = Wo

(aA)

Definiendo m=aB/aA como un factor de acercamiento del dimetro del orificio(aB) con relacin al rea de la tubera (aA) y redefiniendo la expresin paradeterminar el rea del orificio que ser: aB = may y reemplazando esta ultimaexpresin en la ecuacin (5) resulta:

VB = 1 t2g.(PA -PB)J\-m2\ Wo

Teniendo que Caudal = rea.Velocidad = aB.VB = aA.VA, se tiene que:

Caudal = (m.aA). 1 - PB)Vi- m2 Wo

(6)

Teniendo que:aA: rea de la Tubera por donde circula el fluido.aA = 7r.D2/4D: Dimetro de la tubera por donde circula el fluido.

Reemplazando la ecuacin para determinar aA en la ecuacin (6), resulta:Captulo VII: Caudal

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Caudal ^ FV l - m 2 4 x

UPA - PB )' S V Wo

(7)

Donde la ecuacin (7) se podr resumir que:

La aplicacin de la ecuacin (7) para el clculo del caudal esta limitada afluidos ideales que no se expanden, ni comprimen. En la practica en lasinstalaciones industriales para tener una medicin de caudal mas prxima a larealidad se deben considerar varios factores de correccin para tomar encuenta tales como: el reparto desigual de las velocidades del fluido que ocurredentro de la tubera, la contraccin de la vena del fluido, las rugosidadesdentro de la tubera, las fases liquida o gaseosa del fluido. Los factores antesreseados se engloban en dos parmetros CJ como coeficiente de descarga,donde C es el coeficiente de caudal y J es el coeficiente global de correccinque considera la viscosidad del fluido, rugosidad de la tubera, otros factores.Los factores C y J son determinados experimentalmente. Finalmente alconsiderar los factores de correccin C y J resulta una ecuacin para el clculode caudal volumtrico (Qv) a partir de la cada de presin que genera uncuerpo dentro de la tubera de la siguiente manera.

Qv: Caudal Volumtrico.

& = CJ "' mmm . v ^ ,, ^

C: Coeficiente de Caudal.J: Factor Global de Correccin = JiJz-Js

Ji: Factor de Correccin de la Viscosidad.J2: Factor de Correccin de Rugosidad, Reparticin de Velocidad.J3: Factor de Correccin de la Arista de: Placa Orificio, Tobera.

En las siguientes figuras se muestran los transductores primarios ms comunes(Placa Orificio, Tobera, Tubo Venturi) para generar el diferencial de presinAP = PA-PB, proporcionales al caudal volumtrico que circula por una tubera.

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