AGA REPORTE N3 MEDIDOR TIPO ORIFICIO:DISEO, INSTALACIN Y CALCULO DE FLUJO LanormaANSI/APIMPMS14.3.2-1992ReporteAGA3ysurevisindelao 2000establecenlasespecificacionesyrequerimientosdeinstalacinparala medicindeflujosnewtonianos,usandomedidoresdeorificiodecantovivoy concntricos.Adems,lanormasuministralasespecificacionesparala construccineinstalacindeplacasdeorificio,tubosmedidoresyaccesorios asociados.Estecaptulosedesarrollartomandocomogualatotalidaddela norma AGA 3 incluyendo la ltima revisin del ao 2000 la cual esta referida a la instalacin del medidor. 4.1REQUERIMIENTOS DE DISEO, CONSTRUCCIN E INSTALACIN La norma presenta varios de los parmetros que deben tenerse en cuenta cuando se est diseando una instalacin de medicin que emplea medidores de orificio.Lastoleranciasmecnicasqueseencuentranenlanormaocupanunamplio rangoderelacionesdedimetrosparalascualesestndisponiblesresultados experimentales.Esteestndarsefundamentaenrelacionesdedimetrobeta, entre0.10y0.75.Laincertidumbremnimadelcoeficientededescargadela platinadeorificio(Cd)selograconrelacionesdedimetro,r,entre0.2y0.6y dimetros de orificios mayores o iguales a 0.45 pulgadas. Losaspectosdeaplicacinyexactituddelosmedidorestipoorificiodependen directamentedelascondicionesdeflujo,velocidad,tipodefluidoylasvariables relacionadas con la operacin del sistema. 4.1.1SMBOLOS Lossmbolos empleados se presentan a continuacin: SMBOLOCANTIDADPRESENTADA CdCoeficiente de descarga de la platina de orificio dDimetro del orificio calculado a la temperatura de flujo Tf dmDimetro del orificio, medido a Tm drDimetro del orificio, calculado a la temperatura de referencia, Tr DDimetrointerno detubo,calculadoala temperaturade flujo, Tf Dm Dimetro interno de tubo, medido a Tm DrDimetrointernodeltubo,calculadoaaltemperaturade referencia, Tr PPresin diferencial del orificio FTemperatura, en grados Fanrenheit RTemperatura, en grados Rankine EEspesor de la platina (lmina) de orificio eEspesordelapartecilndricadelasuperficieinteriordel orificio RaRugosidad promedio TmTemperatura de la placa de orificio y/o del tubo en el instante de medicin de los dimetros. TrTemperatura de referencia del dimetro de la platina de orificio y/o dimetro interno del tubo. Coeficiente lineal de expansin trmica 1Coeficiente lineal de expansin trmica del material de la placa de orificio 2Coeficiente lineal de expansin trmica del material del tubo Relacin entre el dimetro de la platina de orificio y el dimetro inferior del tubo (d/D), calculado a la temperatura de flujo, Tf mRelacin entre el dimetro de la platina de orificio y el dimetrointerno del tubo (dm/Dm), calculada a la temperatura Tm rRelacin entre el dimetro de la platina de orificio y el dimetrodel tubo (dm/Dm), calculada a la temperatura de referencia, Tr Excentricidad del orificio en la platina ngulo del bisel del orificio 4.1.2DEFINICIONES Lasprincipalesdefinicionessedanacontinuacin,conelfindeenfatizarel significado particular de los trminos usados en la norma. 4.1.2.1Elemento primario.El elemento primario se define como la platina de orificio,elsoportedelaplatinadeorificioconsustomasdepresindiferencialy los tramos rectos de tubera aguas arriba y debajo de la platina de orificio. 4.1.2.2Platina o placa de orificio.Se define como una lmina delgada en la cual se ha maquinado un orificio circular y concntrico.La platina de orificio tiene un borde afilado y cuadrado. 4.1.2.3Dimetrodelorificio(d,dm,dr)Eldimetrodelaperforacinenla platina de orificio (d) es el dimetro interno de la apertura de medicin, calculado a latemperaturadeflujoTf.Estedimetroseusaenlaecuacindeflujopara determinar la rata de flujo. Eldimetromedidodelaperforacinenlaplatinadeorificio(dm)eseldimetro interno medido a la temperatura de la platina de orificio (Tm), en el momento de la medicin del dimetro del agujero. El dimetro de referencia del orificio (dr) es el dimetro del orificio a la temperatura dereferencia(Tr),calculadocomoseespecificamsadelante.Eldimetrode referencia del orificio es el dimetro de la perforacin certificado o estampado en la platina. 4.1.2.4Soportedelaplatinadeorificio.Sedefinecomounelementode tuberatalcomounjuegodebridasdeorificioounaccesoriodelorificio,usado para contener y sostener la platina de orificio en el sistema de tubera.Un ejemplo es el portaorificio Daniel Senior (Figura 4.1) Figura 4.1.Portaorificio Daniel Senior 4.1.2.5Tubo medidor.Se define como las secciones de tubera recta incluyendo todos los segmentos que son integrales al soporte de la platina de orificio, aguas arriba y aguas abajo de la platina de orificio. 4.1.2.6Dimetro interno de tubo medidor.(D,Dm ,Dr ).El dimetro interno calculadodelmedidor(D)eseldimetrointernodelaseccinaguasarribadel tubo medidor, calculado a la temperatura de flujo, Tf.Este dimetro se usa en las ecuaciones de nmero de Reynolds y tambin para determinar . El dimetro interno medido (Dm) es el dimetro interno de las seccin aguas arriba deltubomedidor,alatemperaturadeltubo medidor,(Tm),enel momento delas mediciones del dimetro interno. El dimetro interno de referencia del tubo medidor (Dr) es el dimetro interno de la seccin aguas arriba del tubo medidor, calculado a la temperatura de referencia Tr.EldimetrointernodereferenciaDresel dimetrocertificadoo estampadoenel tubo medidor. 4.1.2.7Relacin de dimetros ( , m, r).La relacin de dimetros () se define comoeldimetrocalculadodel agujerodelaplatina de orificio(d)divididoporel dimetro interno calculado del tubo medidor (D) a condiciones de flujo. La relacin de dimetros (m) se define como el dimetro medido del agujero de la platinadeorificio(dm)divididoporeldimetrointernomedidodeltubomedidor (Dm). Larelacindedimetro(r),eseldimetrodereferenciadelaperforacindela platinadeorificio(dr)divididoporeldimetrointernodereferenciadeltubo medidor (Dr). 4.1.2.8.Rectificadoresdeflujo.Losrectificadoresdeflujosonequiposque remueven o reducen efectivamente los componentes de turbulencia en la corriente deflujo.Suutilizacinnohabilitalareproduccindedatosparaelclculode coeficientesdedescargaexperimentales,comosilopuedelograrlos acondicionadores de tipo aislante. (AGA3 de 2000) 4.1.2.9Tomas de presin ("Tap Hole").Es un orificio taladrado radialmente en lapareddeltubomedidoroenelsoportedelaplatinadelorificio.Suborde interno est a ras con la superficie interior y no tiene rebabas. 4.1.2.10Tomasdebrida.Lastomasdebridasonunpardetomasdepresin ubicadas como sigue: La toma aguas arriba est localizada una pulgada aguas arriba de la superficie ms cercana de la platina de orificio. La toma aguas abajo est localizada una pulgada aguas abajo de la superficie ms cercana de la platina de orificio. 4.1.2.11Presin diferencial( P). Lapresindiferencial(P)esladiferenciadepresinesttica,medidaentre tomas de brida aguas arriba y aguas abajo. La presin diferencial promedia (Pavg) es la diferencia de presin de alta y de baja en una unidad de tiempo.(AGA3 de 2000). La presin diferencial instantnea (Pt) es el diferencial en un instante de tiempo. La presin diferencial de la raz cuadrada promedio (Prms) es la raz cuadrada de la suma de los cuadrados de la diferencia entre Pt y Pavg

4.1.2.12Medicindetemperatura(Tf,,Tm,Tr).LatemperaturaTfesla temperatura del fluido, medida en la localizacin designada, aguas arriba o aguas abajodelaplatinadeorificio.Lospozosdeltermmetrodebenubicarsepara detectarlatemperaturapromediodelfluidoenlaplatinadeorificio,Los termopozosnormalmenteseinstalanenelladoaguasabajodelaplatinade orificio, a una distancia determinada. Latemperatura Tm es latemperaturamedidadelaplatinade orificioy/odeltubo medidor en el momento de las mediciones de los dimetros. LatemperaturaTreslatemperaturadereferenciausadaparadeterminarel dimetrodereferenciadelaplatinadeorificio(dr)y/oeldimetrointernode referencia (Dr) del tubo medidor. 4.1.2.13Rugosidadpromedio(Ra).Larugosidadpromedio(Ra)esla definidaenlanormaANSIB46.1como"elpromedioaritmticodelosvalores absolutos de la desviacin del perfil de altura medido, tomado dentro de la longitud de la muestra y medido a partir de la lnea grfica central". 4.1.3ESPECIFICACIONES DE LA PLATINA DE ORIFICIO. Lossmbolosqueseempleanparalasdimensionesdelaplatinadeorificiose muestran en la Figura 4.2. Figura 4.2 4.1.3.1Caras de la platina de orificio.Las caras aguas arriba y aguas abajo de la placa de orificio deben ser planas. Las desviaciones de la superficie plana de la platina deben ser menores o iguales al 1% de la altura de la "barrera" la cual sedetermina porla frmula (Dm - dm)/2. En la Fig 4.3 se muestran las tolerancias de la horizontalidad de la platina de orificio para diferentes dimetros del orificio de la platina y diferentes tamaos nominales del tubo medidor. Figura 4.3. Planicidad de la platina de orificio La rugosidad de la superficie de las caras de la platina de orificio, aguas arriba y aguas abajo, no deben tener abrasiones ni rayaduras a simple vista que excedan laRaen50micropulgadas.Laplacadeorificiodebemantenerselimpiatodoel tiempo de acumulaciones de suciedad y otros materiales extraos. La rugosidad debe ser verificada con equipos electrnicos o con comparadores de rugosidad que posean una aceptable repetibilidad.Afindemantenerlaplatinadeorificiolimpiaylibredeslidossedebenfijar inspeccionesperidicasdeacuerdoalascondicionesoperacionales.Loanterior es debido a que el coeficiente de descarga es afectada por la presencia de estos compuestos. (AGA3 de 2000) 4.1.3.2Borde del agujero de la platina de orificio. El borde del agujero de la platina de orificio aguas arriba, debe ser recto y afilado. Se considera que el borde del orificio de la platina es demasiado agudo, para efectos de medicin de flujo, si el borde aguas arriba refleja un rayo de luz, cuando se observa sin ninguna lente de aumento. Laestimacindelaagudezaofilodelbordesehacecomparandoelbordedel agujero de la platina de orificio con el borde del orificio de una platina de referencia delmismodimetronominal.Losbordesaguasarribayaguasabajodelagujero delaplatinadeorificiodebenestarlibresdedefectosasimplevistacomo rugosidad, rebabas, golpes, muescas o desportilladuras. Si hay alguna duda sobre lacalidaddelbordeparaunamedicinexacta,laplatinadeorificiodebe reemplazarse 4.1.3.3Dimetro(dm,dr)y circularidad de agujero de la platina de orificio. Eldimetromedidodelagujerodelaplatinadeorificio,dm,sedefinecomoel promedioaritmticodecuatroomsmedicionesdedimetroigualmente espaciados.Ningunodelascuatroomsmedicionesdebevariar,respectodel valor medio, ms all de las tolerancias dadas en la Figura 4.4. Dimetro de orificio, dm (inch)Tolerancia (inch) 0.2500.0003 0.251-0.3750.0004 0.376-0.5000.0005 0.501-0.6250.0005 0.626-0.7500.0005 0.751-0.8750.0005 0.876-1.0000.0005 >1.0000.0005 inch por pulgada de dimetro Figura 4.4 Tolerancia de circularidad de la platina de orificio. Latemperaturadelaplatinadeorificiodeberegistrarseelmismotiempoquese realiza la medicin del dimetro del agujero. El dimetro de referencia del agujero de la platinade orificio, dr, se define como el dimetrodereferenciacalculadoalatemperaturadereferencia(Tr)ysepuede determinar por la ecuacin: ( ) [ ]m r m rT T d d + =11 1 = coeficientelinealdeexpansintrmicaparaelmaterialdelaplatinade orificio (Figura 4.5). dr =dimetro del agujero de la platina de orificio, calculado a la temperatura de referencia Tr. dm = Dimetro del agujero de la platina de orificio, medido a Tm. Tm = Temperaturadelaplatinadeorificioenelmomentodelasmedicionesdel dimetro. Tr = temperatura de referencia del dimetro del agujero de la platina. Nota:1,TryTmdebenestarenunidadesconsistentes.Paralospropsitosde esta norma, se supone que Tr es igual a 68 F. Eldimetrodereferenciadelagujerodelaplatina,dr,seusaparacalcularel dimetrodel agujero (d) a condiciones de flujo. Figura 4.5 Coeficientes lineales de expansin. 4.1.3.4Espesordelagujerodelaplacadeorificio(e).Lasuperficieinterna del agujero de la platina de orificio debe tener la forma de un cilindro de dimetro cortante,sindefectostalescomoranuras,aristas,protuberanciasohuecos visiblesasimplevista.Lalongituddelcilindroeselespesordelagujerodela platina orificio (e). El mnimo espesor permitido del agujero de la platina de orificio se define por el mayor valor entre e 0.01dm e>0.005 pulgadas.

El mximo espesor permitido para el agujero de la platina de orificio (e) se define porelmenorvalorentree0.02Dmoe0.125dm,peroelespesor(e)nodebe ser mayor que el espesor de la placa de orificio (E). 4.1.3.5Espesorde la platina de orificio (E). Los valores mximos, mnimos y recomendados de espesor de la platina de orificio construida en acero inoxidables 316 y 304 se dan en la Fig. 4.6, para presiones diferenciales no mayores de 200 pulgadasdeaguaytemperaturasdeoperacinnomayoresde150F.Para condiciones diferentes a las mencionadas, se debe contactar al fabricante para la obtencindeinformacinespecficasobredeflexindelaplatina,parauna determinada relacin de dimetros, temperatura, material de la platina de orificio, soporte de la platina de orificio y presin diferencial. El uso de altas diferenciales de presin (P/Pf >0.7 c.w./ psia) genera errores del 0.1% en el clculo del factor de expansin. Altas diferenciales de presin generan altas velocidades en el medidor y prdidas altas de presin permanente. La velocidad recomendada debe ser evaluada sobre la base de no presencia de ruido, erosin y vibracin. La cada de presin permanente es importante por las limitaciones que causa en la capacidad del sistema de transporte. La prdida de presin permanente es aproximadamente igual aP(1- 2) donde: Pse da en pulgadas de agua relacin de dimetros. Ejemplo: La cada de presin en un medidor de orificio que tiene una relacin de dimetros de 0.3 y un diferencial de 400 w.c la cada de presin ser de 400(1- 0.09)=364 lo que corresponde a 13 psi. Figura 4.6 Espesor de platinas de orificio 4.1.3.6Angulodebisel( ). Eselngulo formado entrelasuperficieinclinada interiordelagujeroylacaradelaplatinaaguasabajo.Elvalorpermitidoparael ngulo de bisel es de 45 +/- 15. La superficie del bisel de la platina no debe tener defectos visibles a simple vista comoranuras,aristas,protuberanciasohuecos.Siserequiriesebisel,su dimensin mnima, medida a lo largo del eje del orificio,(E-e), no debe ser menor de un 1/16 de pulgada. 4.1.4ESPECIFICACIONES DEL TUBO MEDIDOR. 4.1.4.1Definicin.El tubo medidor se define como la seccin recta de tubera aguas arriba incluyendo los enderezadores de flujo, si son usados, el soporte de la platina de orificio y la longitud de tubera aguas abajo. Laseccinaguasarribadelmedidorsedefinecomolalongitudrectaquese extiendedelaplatinadeorificioalcambioenreadeflujo(noincluidoslos accesorios del medidor) o cambio de direccin de flujo. No deben existir conexiones de tubera en este tramo de lnea, con excepcin de las tomas de presin, indicadores de temperatura, rectificadores de flujo bridado o aseguradoconpin,soldadurasobridasdelosporta-orificiosybridaspara conectar extensiones de tubera recta aguas arriba o aguas abajo. Cualquier brida o soldadura aguas abajo debe estar localizada mnimo a 2 de la cara de la platina de orificio, de lo contrario se deben maquinar. 4.1.4.2Superficieinterna.Larugosidadsuperficialinternadeltubomedidor debemedirseaproximadamenteenlasmismasubicacionesaxialesqueseusan para verificar y determinar el dimetro interno del tubo medidor. La medicin de la rugosidadsellevaacaboconuninstrumentoelectrnicoquemidelarugosidad promedio(deunmnimodecuatromedidasderugosidad).Larugosidad superficial interna (promedio aritmtico de estas cuatro medidas) del tubo medidor no debe exceder los siguientes valores: a)300 micropulgadas si las relaciones de dimetro , son menores de 0.6. b)250micropulgadassilasrelacionesdedimetro,sonmayoresoigualesa 0.6. La revisin del ao 2000 contempla para medidores de 12 de dimetro y menores unarugosidadmximade300micropulgadasparaunrde0.6omenory250 micropulgadas para un r0.6 o mayor. Lamnimarugosidadnodebesermenora34micropulgadasparatodoslos dimetros. Paramedidoresdedimetrosuperiora12larugosidadnodebeexceder600 micropulgadasparar igualesomenoresde0.6y500micropulgadaspararsuperiores a 0.6 Lamnimarugosidadnodebesermenora34micropulgadasparatodoslos dimetros. Nota:Elusoder bajosreduceelefectodelarugosidadrespectoala incertidumbre en la medicin. Sepuedeemplearuntubocomercialliso,cuidadosamenteseleccionado.Para mejorarlasuavidaddentrodeltubomedidorlasparedesinternaspuedenser maquinadas o recubiertas. El interior del tubo medidor debe estar limpio y libre de acumulacin de contaminantes (slidos, lquidos, espuma, etc.) La existencia de pitting en la superficie interna es permitida siempre y cuando no exceda los lmites de rugosidad especificados anteriormente. 4.1.4.3Dimetrodeltubomedidor(DmyDr).Eldimetrointernomedidodel tubo medidor, Dm debe ser determinado mediante cuatro mediciones del dimetro, igualmenteespaciadasaunapulgadaaguasarribadelacaradelaplatinade orificioelpromedioaritmticodestascuatroomsmedicionesindividualesdefineel dimetro interno del tubo medido (Dm). Adicionalmente, se deben realizar comomnimodosmedidasenotrasseccionestransversalesdiferentesdeltubo medidor, aguas arriba. Sedebenrealizarmedicionesindividualesdeldimetrointernodeltubomedidor en la seccin aguas abajo, en un plano ubicado a una pulgada aguas abajo de la lminadeorificio,igualmentesedebenrealizarporlomenosdosmedicionesen otras secciones transversales del medidor, aguas abajo. Losdimetrosinternosdeltubomedidornoestnlimitadosalosdimetros internosnominalespublicados.Sinembargosedebenseguirtodaslasnormasy cdigos aplicables. El dimetro interno de referencia del tubo medidor, Dr, se calcula por: ( ) [ ]m r m rT T D D + =21 donde, 2 = coeficiente lineal de expansin trmica para el material de tubo medidor Dr = dimetro interno de referencia del tubo medidor, calculado a la temperatura de referencia Tr. Dm =dimetro interno del tubo medidor, medido a Tm. Tm = temperaturadeltubomedidorenelmomentodelasmedicionesdel dimetro. Tr= temperatura de referencia del dimetro interno del tubo medidor. Nota:2,TryTmdebenestarenunidadesconsistentes.Paralospropsitosde esta norma, sesupone que Tr es igual a 68 F. 4.1.4.4Toleranciasyrestricciones.Lastoleranciasparaeldimetroylas restriccionesparalasuperficieinternadeltubomedidorsedefinencomoel porcentaje de desviacin entre los Dm medidos as: Losdimetrosmedidosentrelaplatinadeorificioyunadistanciadeun dimetro del tubo medidor aguas arriba debe cumplir la tolerancia siguiente: % 25 . 0 100 * promedio Dpromedio D cualquiera Dnn n El total deDm medidos aguas arriba de la platina de orificio debe cumplir la tolerancia: % 5 . 0 100 * promedio DMinimoD MaximoDmm m Ejemplo de verificacin de tolerancias de Dm POSICINLECTURAS DE DmDm PROMEDIO ABCD 1 del orificio2.06962.06942.06942.06962.0695 Menor a Dm2.07002.06762.06702.0655 Tolerancia absoluta a 1: (2.0694 2.0695) / 2.0695= 0.0048%