06/09/2012Tomás Godoy

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Sistemas de medición decombustiblesMotivación y beneficios

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Sistemas de medición de combustible.

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Temario

Motivación

Volúmenes

Cambio de volumen por temperatura

Medición de temperatura

Medición en estanques

Medición de flujo

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Motivación

La medición de combustible es compleja.

Existe amplia experiencia en este campo pero se suele obviar unfactor fundamental.

Los hidrocarburos cambian su volumen considerablemente conlos cambios de temperatura.

La facturación suele ocurrir en base a litros naturales almomento de la entrega del producto.

No se considera la virtual expansión del producto que hace queel volumen parezca ser más de lo que realmente es.

Una medición y corrección adecuada permite compensar esteefecto y pagar por la “energía” recibida y no por un volumencambiante.

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Volúmenes

En hidrocarburos se conocen 4 tipos de volúmenes.

Volumen total observado (TOV): Es el volumen que el producto tienea temperatura actual. Este volumen considera el producto y tambiénimpurezas o agua que puedan estar contenidas en el producto. Estevolumen cambia con los cambios de temperatura.

Volumen Bruto Observado (GOV = TOV – Agua/Techo): Se utilizaprincipalmente en la medición de estanques para compensar efectosde techo flotante o agua contenida en el fondo.

Volumen Bruto Estándar (GSV = GOV * VCF) : Es el volumen anteriorcorregido por los efectos del cambio de temperatura. Este volumen nocambia con los cambios de temperatura.

Volumen Neto Estándar (NSV = GSV – Sedimentos) : Es el volumenanterior descontando posibles sedimentos o agua contenida en elproducto.

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Cambios de volumen debido a la temperatura

En general, los hidrocarburos se expanden aprox. 0.1% / ºC(0.08 %/oC para ser más exactos)

Esta gran expansión hace que un volumen definido cambiesignificativamente con respecto a aumentos o disminución detemperatura. Esto también se ve reflejado en el nivel de unestanque de almacenamiento.

Este efecto es conocido internacionalmente como factor decorrección de volumen o VCF

∆t [oC] ∆nivel

∆Volumen

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Causas de cambio de temperatura

Los efectos totales de la temperaturason una combinación de distintascausas (temperatura del aire, sol,viento, etc.) y del producto (tuberías,aislamiento, enterradas).

La influencia total no se puede estimarfácilmente debido a que estasinfluencias no se pueden medir.

Además, los ciclos de día-noche, segúnla orientación del ducto o estanque dealmacenamiento son siemprediferentes.

En algunas partes la eventual lluvia onieve, lo hacen aun más complejo.

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Causas de cambio de temperatura en estanque y ductos

Transferencia de calor desde el aire o lluvia

Transferencia desde el suelo o agua subterránea

RadiaciónIrradiación desde el sol

Transferencia de calor desde el aire

Irradiación desde el sol

Radiación

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Medición de temperatura

La temperatura es crítica para unabuena determinación del volumen

El sol provoca estratificación delproducto siendo una medicióncorrecta de temperaturafundamental.

La ubicación del sensor esfundamental para una correctamedición.

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Ciclos Día – Noche

Los ciclos día-noche, tienen un impacto significativo en latemperatura del producto en ductos, estanques y medioscontenedores de combustible.

El sol calienta el metal directa o indirectamente (por reflexión).

La irradiación del sol depende de la hora del día, época yubicación geográfica (‘longitud’)

El impacto del sol también depende del color de la pintura, delmetal, de la superficie y textura.

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Expansión térmica de hidrocarburos:

Típicamente 0.1% por 1°C de cambio de temperatura

Ejemplo – Considerar estanque con 17 m de altura y 45 m.

Típicamente cuenta con 27 000 m3 de hidrocarburo

Por qué medir temperatura es esencial?

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Error de nivel 2 mm.

Error de temperatura 1 ºC.

Error de temperatura 0,2°

Temperatura correcta es esencial!

Medición de temperatura promedio es siempre preferible.

$

= 3,2 m³ (20 bbl)

= 27 m³ (170 bbl)

= 5,2 m³ (34 bbl)

13.5

14

14.5

15

15.5

16

16.5

0.5 2 3.5 5 6.5 8 9.5 11HEIGHT (m)

TEM

PER

ATU

RE

(oC

)

Spot Measurement

Por qué medir temperatura es esencial?

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Instrumentos para medir temperatura

En estanques: Medidores multi-punto de temperatura (hasta 16elementos) con cálculo de promedio e identificación de sensoressumergidos.

En oleoductos: Medidores redundantes de temperatura tipo RTD1/10 DIN. Considera electrónica redundante con detección defalla, indicación local y calibración Callendar - van Dusen.

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Medición de estanques

En medición de estanques se utiliza la medición de nivel paraidentificar el volumen TOV.

Según los requerimientos se puede utilizar un medidor demayor o menor incertidumbre.

La medición automática puede reemplazar o comprobar lamedición manual que usualmente es propensa a erroressignificativos.

Con un sistema de nivel automático se pueden obtener nivelesde error del NSV del orden de +/- 0.3%

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Que hacemos diferente para lograr esta incertidumbre

Medimos el nivel con baja incertidumbre (mejor que +/- 1mmo +/-3mm).

Medimos la temperatura en múltiples puntos, calculamos elpromedio de los puntos sumergidos.

Utilizamos solamente señales digitales (escalamientosanalógicos no son aceptables).

Corregimos efectos del contenido de agua, sedimentos odesplazamiento de techo.

Calculamos la expansión del volumen del producto (VCF)utilizando métodos estandarizados en el sistema Tankvision.

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20m

Medidores de nivel disponibles

1,7m

2,5m

10m

15m

20m

1,23m

1,85m

2,46m

0,7m(0,5m)

1,05m(0,75m)1,4m(1,05m)

0,3m

0,64m

0,9m

1,2m

+/- 1mm

+/- 1mm +/- 1mm +/- 1mm +/- 2mm +/- 0,7mm

FMR5308” cono

FMR5404” cono

FMR5408” parabolica(10”)

FMR53318” parabolica

FMR532>6” plana

FMP40>1 1/2”

NMS5> 3”

0,6m

1m

1m 0,1m

Distancia de bloqueo

3° tilt!

Wall-Distance

40m36m35m

38m2,8m 2,4m

3,69m30m

+/- 1mm

25m4,0m

DistanciaMedida

Estatus2012

0,3m

0,6m

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Nuestra solución estándar...Radar/Servo + Temperatura + Sistema Tankvision = NSV

Servo Prothermo

Promonitor

Servo (Proservo)

Radar (Micropilot M/Levelflex)

HART

Tank SideMonitor

ProthermoRadar

Radar (Micropilot S)

Fieldbusej. Modbus o Wireless MB

Tankvision

Ethernet (LAN)ej. XML, HTML

DCS

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Medición de ductos por flujómetros

En ductos se utilizan flujómetros Coriolis para medir el TOV ola masa.

Según los requerimientos se puede utilizar un medidor demayor o menor incertidumbre.

Además se utiliza un medidor de temperatura especial de muybajo error, insertado en la línea.

Se debe considerar la compensación de presión en caso de quela presión sea superior a 3 bar.

Se utiliza un computador de flujo, de alta velocidad de cálculo,para calcular el VCF.

La incertidumbre en la medición de NSV transferido puede serdel orden de 0.1%

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Que hacemos diferente para lograr esta incertidumbre

Medimos el flujo con alta precisión ( +/- 0.05%).

Medimos la temperatura en forma redundante con sensores de alta calidadclase 1/10DIN y calibrados utilizando coeficientes CVD. Además seconsidera un segundo termo pozo para calibración +/- 0.04 ºC.

Medimos la presión con sistema cerámico de alta estabilidad. Seconsideran válvulas de sobre presión para prevenir daño del FT y PT.

Escalamientos analógicos tienen errores tanto en el escalamiento como enla estabilidad del canal. Por lo mismo utilizamos señales digitales para lasvariables relevantes (pulsos para el flujo, Modbus para la densidad y Hartpara la temperatura)

Calculamos la expansión del volumen del producto (VCF) utilizandométodos estandarizados en un computador de flujo estándar para obtenerel NSV.

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Esquema de instalación del sistema

Temperatura

Presión

Flujómetro VálvulasDBB

Conexiónpara prover

By pass opcional

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Retorno de inversión ROI

Valor estimado sistema de nivel por estanque USD15.000.-

Valor estimado por sistema de medición de flujo entre USD50.000.-y USD200.000.-

Incertidumbre entre TOV y NSV @ 15ºC de diferencia 1,5%

Incertidumbre estimada en medición de nivel 0.3%

Incertidumbre estimada en medición de flujo 0.1%

Considerando un consumo anual de 10.000 m3 (10MUSD). Incertidumbre de 1,5% = 150m3 = USD 150.000/año

Incertidumbre de 0.3% = 30m3 = USD 30.000/año

Incertidumbre de 0.1% = 10m3 = USD 10.000/año

ROI para mejorar de 1,5% a 0.3% -> 1.5 meses

ROI para mejorar de 0,3% a 0.1% -> 8.5 meses

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Suministros de E+H

Endress+Hauser suministra los siguientes componentes:

Computador de Flujo (Marca Omni).

Medidores de Flujo.

Medidores de temperatura.

Medidores de presión.

Termopozos.

Válvulas de 3 vías y de corte DBB.

Segmentos de tuberías incluyendo pruebas hidráulicas y desoldadura.

Fuentes de poder, cables y accesorios.

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Servicios adicionales de E+H

Endress + Hauser puede suministrar los siguientes serviciosadicionales:

Administración del proyecto.

Ingeniería básica y de detalles para cada instalación.

Servicios de construcción, montaje, configuración, puesta enservicio y calibración, según requerimientos del cliente yevaluación técnica.

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Gracias por su atención.