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Curso AADECA 2008 Instrumentación Caudal Capítulo 03

Rotámetros, Transmisor a Turbina Von

Karman, Torbellino,

Ing. Eduardo Néstor Álvarez

Rotámetro Caudalímetro indicador de área variable

Calibrado para un

fluído en particular

Rotámetro Principio

Medidor de Área Variable también llamado Rotámetro, tiene un flotador que se desplaza verticalmente en un tubo cónico, la altura alcanzada esta en relación con el caudal de fluído a través de la velocidad que alcanza en el área anular entre el flotador y las paredes del tubo cónico.

Peso menos empuje

Presión dinámica y rozamiento

viscoso

Rotámetro tubos y

flotadores

Rotámetro escalas

Rotámetro, flotadores diversos

Rotámetro blindado

Nexo Magnético con el Indicador

Rotámetros Fotos

Purguímetro

Turbina

Turbina

Linealidad: +/-

0.15 %

Repetibilidad: +/-

0.02 %

Rango

de Caudales: 10 a 1

Turbina

Turbina

Transmisor a turbina (Emerson Daniel)

Transmisor de caudal a

turbina

Transmisor de caudal a turbina Líquidos (Emerson)

Turbina de insersión

Pendiente de la recta de calibración o Kturbina

Calibración Turbina

Turbina, expresiones

cot 2m nV rβ π= • • •

2mTnV r π= • •

cot 2m nV rβ π= • • •

Turbina, expresiones

Donde Vm es la velocidad media del fluido

A sección transversal del tubo

La velocidad deducida a partir de los datos de rotación de la turbina se compone de:

n :

revoluciones de la turbina.

rm : radio del rotor

:

Ángulo de la héliceβ

πβ 2cot ••••=•= nAAVQ rm

Formación de Vórtices

Formación de Vórtices

Vortex (Von Karman)Theodore Von Karman, en 1911 describió el fenómeno.

Primeros desarrollos industriales a comienzos de los 70

Construccion simple: No tiene partes moviles

Linealidad en un gran rango de Numero de Reynolds

Tecnologia de bajo costo

Exactitud +/- 1 % o mejor

Medicion para líquidos, gases y vapor

Diametros diversos: ½” hasta 16”

Vórtices Von Karman

ABB

Sensor PiezoeléctricoCuerpo generador

de Vórtices

Vórtices Von Karman (Endress)

Karman Vortex

f = frecuencia de VórticesSt = Número Strouhal v = Velocidad del Flujod = Ancho del Generador

de Vórtices

f = St . V/d

Re = Número de ReynoldsD = Diámetro

ν

= Viscosisdad Cinemática

Re = V* D/ν

Factor k medidores Vortex( ) fSt

dAQ ×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

='

( )dAStK×

='

KfQ =

Factor K: Depende del Número de Reynoldsy es lineal para:15,000 < Re < 2,000,000Se determina con la calibración en fabricaEn operación se observan desviaciones del K Factor debido a las condiciones de operación del dispositivo ej.:Voltaje de alimentaciónTemperatura de proceso (Compensación electrónica) Temperatura ambiente Efecto de posición (Condición de cañería llena) Compatibilidad Electromagnética RFI

Distintos generadores de

vórtices (Shedder):

Funcionalidad Tipo de fluido (Gas, liquido)

Rangeabilidad Sensibilidad

Mejor respuesta dinámica

Diseño básico de un Vortex

Tipos de Sensores aplicables a Vortex:

Detectan cambios de presion o velocidad de fluido

Elementos piezo-electricos de presion diferencial convierten en senal electrica la oscilacion de DP que existe entre uno y otro lado del shedder

Otro tipo de sensores: termicos, capacitivos y ultrasonicos

Conexión Bridada

Conexion wafero entrebridas

Características de los transmisores Vortex

Diámetros disponibles por ejemplo (Invensys):

3/4” a 12” en conexiones con brida, Clase ANSI 150, 300 y 600#

3/4” a 8” en conexiones wafer, Clase ANSI 150, 300 y 600#

Cuerpo del medidor único en acero inoxidable (AISI 316 o 304) y Hastelloy C (solamente la version wafer).

Baja caida de presión dentro del dispositivo (por diseño DPmax. 8 psi).

Transmisor de montaje directo o remoto (recomendado para aplicaciones de alta temperatura).

Características de los transmisores Vortex

Rangeabilidad 80:1

Temperaturas de operación normal: -20 a 430° C

Comunicación digital via protocolos varios incluyendo , HART, FF, profibus , modbus , etc..

Integracion digital: Configuracion local (display y botones) o remota (via configurador HART, FoxCom, FF).

Salida analogica 4-20 mA, digital y pulsos (escalable)

Diagnosticos de performance on line (local o remoto).

Filtrado de altas y bajas frecuencias para inmunizar automaticamente el instrumento de ruidos e interferencias.

Correccion de Factor K por efectos de la modificacion de condiciones de montaje recomendadas y/o temperatura de proceso.

Características de los transmisores Vortex

En estos medidores la exactitud varía según el régimen de flujo rerpresentado por el Número de Reynolds.

Liquidos:

Re superiores a 30,000: +/- 0.5 %, de lectura

Re entre 20,000 y 30,000: +/- 1 % de lectura

Re entre 5,000 y 20,000: +/- 2 % de lectura

Gases o vapor:

Re de 20,000 o superiores: +/- 1 %de lectura

Re entre 5,000 y 20,000: +/- 2 % de lectura

Características de los transmisores Vortex

Clasificación para areas peligrosas (no exclusivo para los transmisores Vortex):

Certificaciones de Intrinsecally Safe y Explosionproof, según

normas CSA, FM, ATEX y CSA.

Standard para todas las versiones, con salidas analogicas y

digitales.

Certificacion Nonsparrking, segun normas KEMA.

Certificacion Flameproof, según CENELEC.

CLASIFICACION DE GABINETE:

Según requerimientos de IEC IP 66, proteccion NEMA Tipo 4X.

Características de los transmisores VortexSeñal analógica de corriente (4 a 20 mA), directamente proporcional a frecuencia de oscilación del shedder.URV – Upper Range Value : Valor máximo de caudal del dispositivo (único y característico de cada diámetro)LFCI – Low Flow Cut In: Valor determinado como umbral de medición. Por interferencias de ruido de proceso, fluctuaciones hidrodinamica de fluidos, vibracion mecánica, interferencias eléctricas.

Vortex, requerimientos de Montaje

Medidores de fluídos de una fase: líquido o gas: Garantizar montaje para evitar la formación de flujo bifásico.Canería del diámetro del medidor, Sch 40 y 30 D aguas arriba y 5 D aguas abajo.Instalar el medidor lejos de fuentes externas de vibración, interferencias eléctricas. Pueden afectar la sensibilidad de la medición.Para cálculo de flujo compensado, hay una distancia mínima respetable para realizar las acometidas de los sensores de temperatura y presión.

Vortex, requerimientos

de Montaje

Si no se pueden

respetar las condiciones del

tramo aguas arriba

requerido:

Hay tablas de corrección del Factor K para distintas tipos

de montaje con codos,

reducciones, valvulas y otras

situaciones posibles.

Aplicaciones del Vortex

Este metodo se usa para medicion de fluidos:Liquidos limpios de baja viscosidadTodo tipo de gases (puede realizar calculo de caudal

compensado con un computador de caudal y sensores de presion y temperatura)

Vapor saturado y sobrecalentado (con aislacion adecuada)

No se usa para medicion de:Liquidos con solidos en suspensionLiquidos viscososFluidos criogenicos (pueden cambiar de estado y

generar fluidos bifasicos)– Liquidos que pueden solidificar o generar sarros

Vortex áreas de aplicación

VaporSaturadoSobrecalentado

LíquidosAguaAmoníacoDioxido de carbonoPropanoOxigenoArgonMetanoNitrogenoDiesel oilLight Fuel oilKerosene

GasesAireNitrogenoAmoníacoGas NaturalPropanoOxigenoArgonMetanoGas Natural

Aplicaciones del VortexVentajas respecto de la Placa Orificio.

– Mayor rangeabilidad– Mayor exactitud (en el orden del 1 % contra 3 %)– Menor perdida de carga

Aplicable a la medicion de flujos constantes:– Produccion de vapor, aire ,y toda otra variable que deba

mantenerse en el proceso o bien de variaciones lentas.

No recomendado para medicion de fluidos pulsantes:– Consumos secuenciales

El Flasheo o Cavitacion del fluido dentro del tramo de medicion destruyen los shedders

Aplicaciones del Vortex

Reemplaza con notorias ventajas a la Placa Orificio y todas sus posibles variantes (tubo Pitot promediante, por ejemplo).

Gran rangeabilidad (80:1) y estabilidad a bajos caudales

Bajo mantenimiento: no necesita recalibracion periodica, carece de partes moviles y repuestos (solamente el reemplazo del sensor piezo-electrico).

Exactitud en el orden del 1 % o mejor.

Operacion para Servicios de baja y alta temperatura.

Bajo costo.

Medidor Vortex con compensacion automatica de presión y temperatura en el mismo dispositivo

Instalación del Vortex (endress)

5 x DN

5 x DN

5 x DN2 x DN

15 x DN

50 x DN

8 x DN

Aplicación (Endress)

Vapor saturado Temperatura: 205°c Presión: 17 bar a

Aplicación(Endress) Nitrógeno Liquido Temperatura: -175°c Presión: 16 bar a

Medidor de

Torbellino

Medidor de

Torbellino