La seleccion de un medidor se hace evaluando aspectos como los siguientes

- Precision y confiabilidad del dispositivo - Costos iniciales y de mantenimiento - Facilidad de manejo y reemplazo - Comportamiento con variaciones amplias en tasas de flujo viscosidad densidad etc - Comportamiento ante la depositacion de solidos - Eficiencia con la que el elemento transmite el flujo - Rango de presion - Simplicidad y facilidad para conseguirlo

92 Tipos de Medidores

Los medidores de gas se pueden clasificar de la siguiente forma

~ 921- Medidores de Presion Diferencial

Muy usados cuando se cuenta con grandes cantidades de gas MideD_ JLcaig9 de resion que una determinada cantidEld de gas sufre al hacerlo pasar a traves de una restriccion on

e res tIPOSmiddot _ d boquilla y orificio bull ~bo Venturi (Figura 97A) Consiste de una seccion recta de diametro constante (0) un

cono corto de gran pendiente una garganta de diametro d un cono largo de menor pendiente y nueva mente una seccion recta Su precision es de plusmn1 y da menos perdidas de presion que otros medidores

W=Fm J 1Pp

bull Medidor de Boquilla (Figura 97B) Medidor de borde eliptico el cual incrementa la velocidad en la linea de flujo Usa la misma ecuacion de los Venturi y en estos el chorro adquiere el mismo diametro de la garganta Su precision es de plusmn1 5-2 y se encuentran comercialmente disponibles en varias formas

bull Medidor de Orificio Estos seran tratados en detalle mas adelante (Figura 972C)

922 - Medidores de Rata de Flujo

MjQen el vollmen de9~~_~yassectl~_QJa unidad de tiemeo~~_LJsectlQ ara medir tasas de flujo pajas _Pueden ser de dos tipos eLQ~etro conOcido como medidor de area variable yel medidor de desplazamiento positiv~ este ultimo es el usado en las instalaciones de gas domiciliario

les Los medidores de diafragma y los de lobulos se conocen como medidores dead - desptazamlento-posttivEl yen-generaf-su princlpio de funcionamientose basaenun recipiente

que se vacia y se lIena alternadamente y para garantizar que el dispositiv~ funcione de manera continua se tienen varios compartimientos conectados a un arreglo de valvulas que permiten que en un momenta dado unos compartimientos estan lIenando otros estan evacuando Con una sincronizacion y arregl() de valvulas adecuados se puede garantizar un

5 funcionamiento continuo del dispositiv~ La fuerza que impulsa esta accion proviene de la presion del fluido como una caida de presi6n

345

A Ventajas

Insensibles a efecl secciones minima~ Principio de opera Pueden manejar r Facil de convertir

bull Desventajas

Para tamarios df es grande pesac Las perdidas de para cuando se atascamiento 0

923 - Medidores de shy

T Los medidores de turf - im acta tangencialme-t- rotacional el cual es d

-angular que Ie imprir Aunque se pueden al debido a la diferentE para metro que se m antes y despues del

--medidor--~

bull Ventajas

Buena prec EI costo dl medio debi

Tiene limil normales f

Se puede

bull Desventajas

Requiere --adecuad

EI medic separad A bajas medidoJ

924 - Medido

Un medidor l tJsQnicode de la tube ria y ejte a u e

B

Figura 97-

h

~-II-4jltNerencial de Presion A) Venturi B) Boquilla G) Orificio

346

c

Ventajas

Insensibles a efectos antes 0 despues de la restricCl6n y por 10 tanto no requiere secciones minimas de tuberia recta en sus alrededores Principio de operaci6n sencillo y facil de entender Pueden manejar rangos amplios de tasas de flujo sin perder precisi6n Facil de convertir su lectura a flujo 0 a volumen

bull Desventajas

Para tamanos de tuberfa grandes mayores de 10 pulgadas el tamano del medidor es grande pes ado y costoso Las perdidas de presi6n pueden ser altas y algunas veces se requiere protecciones para cuando se suspenda el flujo 0 se incremente demasiado la presion para evitar atascamiento 0 fracturamiento del dispositiv~

923 - Medidores de Turbina

Los medidores de turbina son medidores de velocidad y se basan ~n ~el gas ai pasar im acta tan encialmen e con ra os a15esOe un ro or con 0 cual Ie im rime movlmlento rotacLonal el cual es directamente proporcional a la velocidad del fluido se mide la veioci ad

angular que Ie imprime e UI ogt-rotof ~1lJegO -esta se cOhvierte a velocidad del fluido Aunque se pueden aplicar para liquidos y gases su diseno es diferente para uno u otro fluido debido a la diferente naturaleza de los mismos pero su operaci6n es la misma Como el parametro que se mide es la velocidad del fluido es importante la longitud de tuberia recta antes y despues del medidor para garantizar una velocidad lineal del fluido al pasar por el

- medidor shy

I Ventajasbull ---Buena precision para todos los rangos de tuberfa EI costo del medidor es medio pero el costa total de la instalacion es de bajo a medio debido a la alta tasa de flujo para un tamano de linea dado Tiene limites de temperatura y presi6n pero puede manejar muy bien condiciones normales de flujo Se puede aplicar en un rango amplio de tasa de flujo

bull Desventajas

Requiere lineas de tuberia recta antes y despues de la restriccion _de longitud - adecuada para garantizar un perfil de velocidad lineal

EI medidor es muy afectado por la viscosidad y puede requerir curvas de calibracion separadas para diferentes viscosidades A bajas presiones el rango de tasas de flujo que puede manejar es similar al de otros medidores

924 - Medidor Ultras6nico

Un medidor ultras6nico usado arcL medici6n de gas es el conocido como medidor tIEas6nicDde--tlempo e rMsl o el cuaLconstade dos sensores ubicados en ladoso puestos de la tuberfa y conectados entre sf la recta que los une hace un determinado angulo con el J e la u eria y por 10 tanto con ta direc ci6r1 de flujo del gas Uno de los sensores emite

I C)

347

A Ventajas

Insensibles a efecl secciones minima~ Principio de opera Pueden manejar r Facil de convertir

bull Desventajas

Para tamarios df es grande pesac Las perdidas de para cuando se atascamiento 0

923 - Medidores de shy

T Los medidores de turf - im acta tangencialme-t- rotacional el cual es d

-angular que Ie imprir Aunque se pueden al debido a la diferentE para metro que se m antes y despues del

--medidor--~

bull Ventajas

Buena prec EI costo dl medio debi

Tiene limil normales f

Se puede

bull Desventajas

Requiere --adecuad

EI medic separad A bajas medidoJ

924 - Medido

Un medidor l tJsQnicode de la tube ria y ejte a u e

B

Figura 97-

h

~-II-4jltNerencial de Presion A) Venturi B) Boquilla G) Orificio

346

c

Ventajas

Insensibles a efectos antes 0 despues de la restricCl6n y por 10 tanto no requiere secciones minimas de tuberia recta en sus alrededores Principio de operaci6n sencillo y facil de entender Pueden manejar rangos amplios de tasas de flujo sin perder precisi6n Facil de convertir su lectura a flujo 0 a volumen

bull Desventajas

Para tamanos de tuberfa grandes mayores de 10 pulgadas el tamano del medidor es grande pes ado y costoso Las perdidas de presi6n pueden ser altas y algunas veces se requiere protecciones para cuando se suspenda el flujo 0 se incremente demasiado la presion para evitar atascamiento 0 fracturamiento del dispositiv~

923 - Medidores de Turbina

Los medidores de turbina son medidores de velocidad y se basan ~n ~el gas ai pasar im acta tan encialmen e con ra os a15esOe un ro or con 0 cual Ie im rime movlmlento rotacLonal el cual es directamente proporcional a la velocidad del fluido se mide la veioci ad

angular que Ie imprime e UI ogt-rotof ~1lJegO -esta se cOhvierte a velocidad del fluido Aunque se pueden aplicar para liquidos y gases su diseno es diferente para uno u otro fluido debido a la diferente naturaleza de los mismos pero su operaci6n es la misma Como el parametro que se mide es la velocidad del fluido es importante la longitud de tuberia recta antes y despues del medidor para garantizar una velocidad lineal del fluido al pasar por el

- medidor shy

I Ventajasbull ---Buena precision para todos los rangos de tuberfa EI costo del medidor es medio pero el costa total de la instalacion es de bajo a medio debido a la alta tasa de flujo para un tamano de linea dado Tiene limites de temperatura y presi6n pero puede manejar muy bien condiciones normales de flujo Se puede aplicar en un rango amplio de tasa de flujo

bull Desventajas

Requiere lineas de tuberia recta antes y despues de la restriccion _de longitud - adecuada para garantizar un perfil de velocidad lineal

EI medidor es muy afectado por la viscosidad y puede requerir curvas de calibracion separadas para diferentes viscosidades A bajas presiones el rango de tasas de flujo que puede manejar es similar al de otros medidores

924 - Medidor Ultras6nico

Un medidor ultras6nico usado arcL medici6n de gas es el conocido como medidor tIEas6nicDde--tlempo e rMsl o el cuaLconstade dos sensores ubicados en ladoso puestos de la tuberfa y conectados entre sf la recta que los une hace un determinado angulo con el J e la u eria y por 10 tanto con ta direc ci6r1 de flujo del gas Uno de los sensores emite

I C)

347

Ventajas

Insensibles a efectos antes 0 despues de la restricCl6n y por 10 tanto no requiere secciones minimas de tuberia recta en sus alrededores Principio de operaci6n sencillo y facil de entender Pueden manejar rangos amplios de tasas de flujo sin perder precisi6n Facil de convertir su lectura a flujo 0 a volumen

bull Desventajas

Para tamanos de tuberfa grandes mayores de 10 pulgadas el tamano del medidor es grande pes ado y costoso Las perdidas de presi6n pueden ser altas y algunas veces se requiere protecciones para cuando se suspenda el flujo 0 se incremente demasiado la presion para evitar atascamiento 0 fracturamiento del dispositiv~

923 - Medidores de Turbina

Los medidores de turbina son medidores de velocidad y se basan ~n ~el gas ai pasar im acta tan encialmen e con ra os a15esOe un ro or con 0 cual Ie im rime movlmlento rotacLonal el cual es directamente proporcional a la velocidad del fluido se mide la veioci ad

angular que Ie imprime e UI ogt-rotof ~1lJegO -esta se cOhvierte a velocidad del fluido Aunque se pueden aplicar para liquidos y gases su diseno es diferente para uno u otro fluido debido a la diferente naturaleza de los mismos pero su operaci6n es la misma Como el parametro que se mide es la velocidad del fluido es importante la longitud de tuberia recta antes y despues del medidor para garantizar una velocidad lineal del fluido al pasar por el

- medidor shy

I Ventajasbull ---Buena precision para todos los rangos de tuberfa EI costo del medidor es medio pero el costa total de la instalacion es de bajo a medio debido a la alta tasa de flujo para un tamano de linea dado Tiene limites de temperatura y presi6n pero puede manejar muy bien condiciones normales de flujo Se puede aplicar en un rango amplio de tasa de flujo

bull Desventajas

Requiere lineas de tuberia recta antes y despues de la restriccion _de longitud - adecuada para garantizar un perfil de velocidad lineal

EI medidor es muy afectado por la viscosidad y puede requerir curvas de calibracion separadas para diferentes viscosidades A bajas presiones el rango de tasas de flujo que puede manejar es similar al de otros medidores

924 - Medidor Ultras6nico

Un medidor ultras6nico usado arcL medici6n de gas es el conocido como medidor tIEas6nicDde--tlempo e rMsl o el cuaLconstade dos sensores ubicados en ladoso puestos de la tuberfa y conectados entre sf la recta que los une hace un determinado angulo con el J e la u eria y por 10 tanto con ta direc ci6r1 de flujo del gas Uno de los sensores emite

I C)

347

vibraciones que se propagan a traves del gas y Ilegan al otro y la ubicacion de los sensores es tal que cuando la velocidad va del emisor al sensor tiene una componente en la misma direccion de la velocidad del gas se mide el tiempo que tarda en recorrer la perturbaci6n la distancia del emisor al sensor y este tiempo se conoce como tiempo de desplazamiento corriente abajo AI lIegar la senal al sensor re refleja y vuelve al sensor que la genera y en este caso la velocidad de propagacion tiene una componente en la direccion contra ria a la velocidad del gas se mide el tiempo que tarda la onda reflejada en ir del sensor al emisor de la perturbacion y este tiempo se conoce como tiempo de desplazamiento corriente arriba

tas mediciones es posible lIegar aria velocidad del gas y conociendo el area de I tube e ee de la tuberia con a Tilea que tlne-es dos SeASGres y la longitud de es mea se pue e conocer la tasa de flujo ~tmiddotgmiddotars ~---------

bull Ventajas

No presenta caidas de presion porque no tiene reducciones en la tuberia La instalacion es simple y poco costosa Puede manejar un range am plio de tasas de flujo No tiene partes m6viles en contacto con el fluido Calibraci6n facil

bull Desventajas

Requiere potencia para su funcionamiento Alto costa inicial Requiee_~ecctQl~_sJ~ctifjcadoras antes y despues de la restriccion para tener un perfil de velocidades estable en er fluiCfoamas~rellYledictor--

995-Medidores de Tasa Masica

Los me~~icos _dELGgU(L~~_stan basado en la _generacion de fuerzas de Corjolis EStas f erz8s segeneran cuando ~ superpone un movimiento de traSTaclon rectilineo con

no rotacional shy-shyEn los medidares de efecto de Coriolis se emplea un movimiento oscilatorio en lugar de uno de rotacion Un tubo en U por el que circula el fluido se pone en oscilacion mediante una bobina excitadara que 10 mantiene vibrando en su frecuencia natural de oscilaci6n normalmente unos 80 kHz Cuando hay flujo a traves del tubo la masa circulante produce un efecto de Coriolis que desacelera la 0 ilaci6n en la entrada y la acelera en la salida Par 10 tanto se produce un efecto de bamboleo en el tubo que se traduce en una diferencia de fase en el movimiento oscilatorio entre el sector de entrada y el sector de salida Esta diferencia de fase que es detectada por dos detectores es proporcional a la fuerza de Coriolis que es a la vez proporcional al caudal masico EI principio de funcionamiento es independiente de la presion temperatura viscosidad del fluido 0 perfil de velocidades de flujo 10 que representa una apreciable ventaja sobre los demas dispositivos de medicion Como miden directamente peso si se desea medir volumen es necesario hacer correcciones por densidad a las condiciones base del fluido ademas como reaccionan a la masa estos medidores se pueden usar dentro de limites para mezclas de liquido y gas

La amplitud de la serial obtenida es proporcional a la velocidad y a la masa por unidad de volumen involucrada Por este motivo se miden mejor flujos de alta velocidad yalta densidad y su aplicacion fue inicialmente en medicion de liquidos

A medida qUE tiempo se hizl como es el ca~

bull Ventajas

Se pl Las u Pued fase~

bull Desvent

Disp Si Sf

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Las referen otros al igu parametro I

Tradicional orden decr

De estos distribucic

Una nuev

bull La tabla flujo de ~

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348

as y egan al otro y la ubicacion de los sensores or al sensor t i ~- nponente en la misma

mer la perturbacion la )0 de desplazamiento x que la genera y en reccion contra ria a la

(I I sensor al emisor de ( 1 mto corriente arriba

I conociendo el area ne-les-euroies-sensores

Jberia

para tener un

s de Coriolis rectilineo con

lugar de uno ediante una

oscilacion produce un

llida Por 10 cia de fase diferencia

s que es a

gtsidad del sobre los volumen ademas

8S para

idad de ~nsidad

A medida que se fue perfeccionando la ele~ronica para medir pequenos intervalos de tiempo se hizo posible su aplicacion a gases e pecialmente en condiciones de alta presion como es el caso del Gas Natural Comprimido

bull Ventajas

Se pueden usar con liquidos lechadas gases y mezclas bifasicas de liquido y gas Las unidades miden directamente masa 10 cual algunas veces es importante Pueden manejar fluidos dificiles ( densidades alta mente variantes 0 mezclas de fases) donde no se pueden usar otros medidores

bull Desventajas

Disponible solo en tamanos de 16 a 6 pulgadas Si se requieren mediciones volumetricas se deben hacer correcciones via analisis 0

medicion de densidad a condiciones de referencia Requisitos especiales de instalacion para aislar el medidor de vibraciones mecanicas Las perdidas de presion a traves del medidor pueden ser altas

Las referencias (2) y (3) ofrecen descripciones completas sobre los anteriores medidores y otros al igual que la fundamentacion matematica y las ecuaciones que permiten a partir del parametro medido por el medidor obtener la tasa de flujo

Tradicionalmente los medidores usados para facturacion y fiscalizacion de gas natural en orden decreciente de los caudales y presiones que pueden manejar son los siguientes

Medidor de orificio Medidor de Turbina Medidor de Lobulos Medidor de diafragma

De estos el mas usado en los campos de produccion de gas es el de orificio y en la distribucion domiciliaria y comercial de gas el medidor de diafragma

Una nueva generacion de medidores de gas comprende

Medidores ultrasonicos Medidores masicos

La tabla 32 resume las condiciones para las cuales se recomiendan algunos medidores de flujo de gas

Algunos comentarios con respecto a la tabla 32 son

Los medidores de diafragma se usan en instalaciones domiciliarias 0 comerciales cuando el 3caudal es de 2 a 15 m hr y se habla de medidores de diafragma domiciliarios y cuando es

de 15 a 750 m3hr se habla de medidores de diafragma comerciales

Aunque existe tendencia a reemplazar los medidores de orificio por los ultrasonicos 0 de turbina siguen siendo los medidores mas usados para medir volumenes grandes de gas como ocurre en los campos de produccion de gas y en los gasoductos

349

Para los objetivos de estas notas interesafundamentalmente el medidor de orificio y en adelante se seguira hablando de este tipo de medidor

Tabla 34- Condiciones para las cuales se recomienda el uso de algunos de los medidores mas comunes(1)

bull

Orificio Ultrasonico Turbina lobulos Diafragma Caudal (km~hr) 5 -1000 5-1000 5-600 003 - 50 0002 -0 75

Qmxqmln 3 10 -50 1050 50 50 Pmx (bares) 100 100 100 7 -70 02 Diametro (pul) 4 16 4-12 -3

IU es para Mia preslon OU para a a preslon

93 Descripcion del Medidor de Orificio

~-sel medidor mas US9~Q_~uand se _9~~~~rnenes grandes degas Como ya se dj~o es middotmiddotm medidorde diferencial d~ presion y cQ[lSiste fundamentalmente en una lamina que posee un orificio a traves del cual pasa el gas EI medidor de orificio consta de dos elementos fundamentales

EI primer elemento esta constituido por las siguientes partes

- - La lamina y el orificio - EI portaorificio oil

- La seccion recta de tuberia donde va montado el orificio - La seccion rectificadora

( - Las tomas de presion

EI segundo elemento de medidor de orificio 10 constituyen los registradores de presion

En cuanto al orificio este normalmente va centrado en la lamina y es de forma circular pero puede ser apenas una seccion de circulo y no ir centrado La Figura 98 muestra diferentes tipos de orificios Existen tres caracteristicas importantes que es necesario conocer de la placa yu orificio el espesor de la placa el diametro del orificio y el tipo de borde EI espesor de la placa debe ser tan pequeno como sea posible pero 10 suficientemente fuerte para que no se deforme con las presiones que tendra que soportar algunas recomendaciones que relacionan el espesor de la lamina con el diametro de la tuberia 0 del orificio son

o d 1 h = 30 h = 8 h = 8 (0 - d)

donde h es el espesor de la lamina y D Y d son los diametros de la tuberia y el orificio respectivamente

Los bordes del orificio son de tres tipos cuadrados biselados y afilados

EI diametro del orificio se expresa como dID y esta relacion se conoce como r donde d es el diametro del orificio y D el diametro de la tuberia

EI portaorificio es el mecanismo donde va montada la placa y el cual a su vez permite remover el orificio

350

Las seccie garantizar recta depf cercanas middot

Cuando t eliminar I de tubos y evitar que hay

La Figu que no

Las tOI orificio de pre

La f inmE tube des pre pre pur tier mE co

EI df Sl

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el uso de algunos de los

labulos Diafragma I 003 - 50 0002 -075

I

50 50 7 -70 02

s3

Las secciones rectas de tuberia donde va montado el orificio son fundamentales para garantizar el minimo de turbulencia en el flujo del gas La longitud requerida de la seccion recta depende del diametro de la tuberia la relacion ~ y la presencia de restricciones al flujo cercanas al orificio tales como valvulas reducciones codos etc

Cuando hay presencia de restricciones y no hay la suficiente longitud de tuberia recta para eliminar la turbulencia se requieren las secciones de rectificacion que consisten en una serie de tubos paralelos a traves de los cuales se distribuye el flujo con el fin de hacerlo mas lineal y evitar la turbulencia Su ubicacion con respecto al orificio depende del tipo de restriccion que haya en la linea

La Figura 99 muestra varios casos de restricciones las longitudes de la seccion recta para que no haya seccion de rectificacion y la posicion de esta cuando es necesaria

I

mdes degas Como ya se ~Imente en una lamina que

~dores de presion

5 de forma circular pero a 98 muestra diferentes ~ecesario conocer de la )0 de borde EI espesor emente fuerte para que recomendaciones que

xificio son

la tuberia y el orificio

s

omo r donde des el

Jal a su vez permite

Las tomas de presion son conexiones que permiten medir la presion antes y despues del orificio con el fin de registrarlas en las cartas del registrador EXlsten varios tipos de tomas de presion pero entre los mas usados se pueden mencionar

Tipo brida Tipo tuberia Tipo vena contracta

La Figura 100 esquematiza estos tipos de tomas la tipo brida mide las presiones inmediatamente antes y despues de la restriccion es la mas usada En la conexion tipo tuberia la presion antes de la restriccion se mide a 250 antes del orificio y la presion despues de la restriccion se mide 80 despues de esta en este punto se considera que se ha presentado la maxima recuperacion de la presion En la conexion tipo vena contracta la presion antes de la restriccion se toma 1 0 antes de esta y la presion despues se toma en el punta conocido como vena contracta este punto se caracteriza porque el chorro de fluido tiene la menor area transversal y por 10 tanto el fluido presentara ahi la maxima velocidad y la menor presion la posicion de este punto varia con la tasa de flujo y por tanto este tipo de conexiones funcionan cuando la tasa de flujo es estable

EI registrador de presion registra en una cart~ dos presiones originadas por la presion antes y despues de la restriccion una de las presiones se conoce como la presion estatica y puede ser la presion tomada antes 0 despues de la restriccion y la otra presion se conoce como la diferencial y es la caida de presion a traves de la restriccion 0 sea la diferencia entre la presion antes y despues de la restriccion Tales presiones se registran en una carta conocida como carta del registrador

bull Ventajas

Bien Oocumentado en normas y estandares Tiene amplia aceptacion yes muy conocido a traves de la industria en cuanto a requisitos para uso y mantenimiento Costos de adquisicion y mantenimiento relativamente bajos No tiene partes moviles en contacto con la corriente de fluido Cuando se instala de acuerdo con los procedimientos estandares no requiere calibraciones diferentes de las que confirmen las tolerancias mecanicas al momenta de comprarlo y durante su uso Bajos costos de reemplazo

35 1

-----

o

- _

0--I -

I I

BORDE BISELADO

o o

o

No tiene limitacionf materiales apropiadl

Procedimientos sen

Desventajas bull

Perdidas de presi Mas sensitivo a I EI modelo de fll s61idos en sus a

94 Ecuacion Baf

La obtenci6n de I de conservaci6n (

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g

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dl

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(

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EXCENTRICO SEGMENTAL

Figura 98- Tipos de orificios

352

------ -- --

No tiene limitaciones de presion temperatura y corrosion cuando se escogen los materiales apropiados Procedimientos sencillos para obtener la tasa de flujo

bull Oesventajas

Perdidas de presion relativamente altas especialmente cuando la relaci6n ~ es pequeiia Mas sensitivo a las perturbaciones de flujo a valores altos de beta que otros medidores EI modelo de flujo en el medidor hace que el medidor no remueva los depositos de solidos en sus alrededores

94 Ecuaci6n Basica del Medidor de Orificio

La obtencion de la ecuacion basica del medidor de orificio se hace_partiendo-deJa_ewacion de conservacion de energia que en una de sus formas se puede plantear como

dH +-vdv+m~dh=W+dq (9 1 ) g g c

donde H Entalpia Ibf pie m Masa Ibs v Velocidad piesso h Altura pies g Aceleracion de la gravedad 32 2 piess2

gc Constante de conversion 322 Ibmpies2

Para el caso de flujo a traves de un orificio dh=O y W=O entonces

m dH + - vdv = dq (9 2)

gc

y de acuerdo con la termodinamica

dH = TdS + VdP TdS = dq + Lw

donde S Entropia IbfpieJOR T Temperatura oR V Volumen pies3

P Presion Ibfpie2

Lw Perdidas debidas a irreversibilidades por ejemplo por fricciOn

Llevando a estas dos Oltimas definiciones a la ecuacion (92) se tiene finalmente

353

as y egan al otro y la ubicacion de los sensores or al sensor t i ~- nponente en la misma

mer la perturbacion la )0 de desplazamiento x que la genera y en reccion contra ria a la

(I I sensor al emisor de ( 1 mto corriente arriba

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8S para

idad de ~nsidad

A medida que se fue perfeccionando la ele~ronica para medir pequenos intervalos de tiempo se hizo posible su aplicacion a gases e pecialmente en condiciones de alta presion como es el caso del Gas Natural Comprimido

bull Ventajas

Se pueden usar con liquidos lechadas gases y mezclas bifasicas de liquido y gas Las unidades miden directamente masa 10 cual algunas veces es importante Pueden manejar fluidos dificiles ( densidades alta mente variantes 0 mezclas de fases) donde no se pueden usar otros medidores

bull Desventajas

Disponible solo en tamanos de 16 a 6 pulgadas Si se requieren mediciones volumetricas se deben hacer correcciones via analisis 0

medicion de densidad a condiciones de referencia Requisitos especiales de instalacion para aislar el medidor de vibraciones mecanicas Las perdidas de presion a traves del medidor pueden ser altas

Las referencias (2) y (3) ofrecen descripciones completas sobre los anteriores medidores y otros al igual que la fundamentacion matematica y las ecuaciones que permiten a partir del parametro medido por el medidor obtener la tasa de flujo

Tradicionalmente los medidores usados para facturacion y fiscalizacion de gas natural en orden decreciente de los caudales y presiones que pueden manejar son los siguientes

Medidor de orificio Medidor de Turbina Medidor de Lobulos Medidor de diafragma

De estos el mas usado en los campos de produccion de gas es el de orificio y en la distribucion domiciliaria y comercial de gas el medidor de diafragma

Una nueva generacion de medidores de gas comprende

Medidores ultrasonicos Medidores masicos

La tabla 32 resume las condiciones para las cuales se recomiendan algunos medidores de flujo de gas

Algunos comentarios con respecto a la tabla 32 son

Los medidores de diafragma se usan en instalaciones domiciliarias 0 comerciales cuando el 3caudal es de 2 a 15 m hr y se habla de medidores de diafragma domiciliarios y cuando es

de 15 a 750 m3hr se habla de medidores de diafragma comerciales

Aunque existe tendencia a reemplazar los medidores de orificio por los ultrasonicos 0 de turbina siguen siendo los medidores mas usados para medir volumenes grandes de gas como ocurre en los campos de produccion de gas y en los gasoductos

349

Para los objetivos de estas notas interesafundamentalmente el medidor de orificio y en adelante se seguira hablando de este tipo de medidor

Tabla 34- Condiciones para las cuales se recomienda el uso de algunos de los medidores mas comunes(1)

bull

Orificio Ultrasonico Turbina lobulos Diafragma Caudal (km~hr) 5 -1000 5-1000 5-600 003 - 50 0002 -0 75

Qmxqmln 3 10 -50 1050 50 50 Pmx (bares) 100 100 100 7 -70 02 Diametro (pul) 4 16 4-12 -3

IU es para Mia preslon OU para a a preslon

93 Descripcion del Medidor de Orificio

~-sel medidor mas US9~Q_~uand se _9~~~~rnenes grandes degas Como ya se dj~o es middotmiddotm medidorde diferencial d~ presion y cQ[lSiste fundamentalmente en una lamina que posee un orificio a traves del cual pasa el gas EI medidor de orificio consta de dos elementos fundamentales

EI primer elemento esta constituido por las siguientes partes

- - La lamina y el orificio - EI portaorificio oil

- La seccion recta de tuberia donde va montado el orificio - La seccion rectificadora

( - Las tomas de presion

EI segundo elemento de medidor de orificio 10 constituyen los registradores de presion

En cuanto al orificio este normalmente va centrado en la lamina y es de forma circular pero puede ser apenas una seccion de circulo y no ir centrado La Figura 98 muestra diferentes tipos de orificios Existen tres caracteristicas importantes que es necesario conocer de la placa yu orificio el espesor de la placa el diametro del orificio y el tipo de borde EI espesor de la placa debe ser tan pequeno como sea posible pero 10 suficientemente fuerte para que no se deforme con las presiones que tendra que soportar algunas recomendaciones que relacionan el espesor de la lamina con el diametro de la tuberia 0 del orificio son

o d 1 h = 30 h = 8 h = 8 (0 - d)

donde h es el espesor de la lamina y D Y d son los diametros de la tuberia y el orificio respectivamente

Los bordes del orificio son de tres tipos cuadrados biselados y afilados

EI diametro del orificio se expresa como dID y esta relacion se conoce como r donde d es el diametro del orificio y D el diametro de la tuberia

EI portaorificio es el mecanismo donde va montada la placa y el cual a su vez permite remover el orificio

350

Las seccie garantizar recta depf cercanas middot

Cuando t eliminar I de tubos y evitar que hay

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Las secciones rectas de tuberia donde va montado el orificio son fundamentales para garantizar el minimo de turbulencia en el flujo del gas La longitud requerida de la seccion recta depende del diametro de la tuberia la relacion ~ y la presencia de restricciones al flujo cercanas al orificio tales como valvulas reducciones codos etc

Cuando hay presencia de restricciones y no hay la suficiente longitud de tuberia recta para eliminar la turbulencia se requieren las secciones de rectificacion que consisten en una serie de tubos paralelos a traves de los cuales se distribuye el flujo con el fin de hacerlo mas lineal y evitar la turbulencia Su ubicacion con respecto al orificio depende del tipo de restriccion que haya en la linea

La Figura 99 muestra varios casos de restricciones las longitudes de la seccion recta para que no haya seccion de rectificacion y la posicion de esta cuando es necesaria

I

mdes degas Como ya se ~Imente en una lamina que

~dores de presion

5 de forma circular pero a 98 muestra diferentes ~ecesario conocer de la )0 de borde EI espesor emente fuerte para que recomendaciones que

xificio son

la tuberia y el orificio

s

omo r donde des el

Jal a su vez permite

Las tomas de presion son conexiones que permiten medir la presion antes y despues del orificio con el fin de registrarlas en las cartas del registrador EXlsten varios tipos de tomas de presion pero entre los mas usados se pueden mencionar

Tipo brida Tipo tuberia Tipo vena contracta

La Figura 100 esquematiza estos tipos de tomas la tipo brida mide las presiones inmediatamente antes y despues de la restriccion es la mas usada En la conexion tipo tuberia la presion antes de la restriccion se mide a 250 antes del orificio y la presion despues de la restriccion se mide 80 despues de esta en este punto se considera que se ha presentado la maxima recuperacion de la presion En la conexion tipo vena contracta la presion antes de la restriccion se toma 1 0 antes de esta y la presion despues se toma en el punta conocido como vena contracta este punto se caracteriza porque el chorro de fluido tiene la menor area transversal y por 10 tanto el fluido presentara ahi la maxima velocidad y la menor presion la posicion de este punto varia con la tasa de flujo y por tanto este tipo de conexiones funcionan cuando la tasa de flujo es estable

EI registrador de presion registra en una cart~ dos presiones originadas por la presion antes y despues de la restriccion una de las presiones se conoce como la presion estatica y puede ser la presion tomada antes 0 despues de la restriccion y la otra presion se conoce como la diferencial y es la caida de presion a traves de la restriccion 0 sea la diferencia entre la presion antes y despues de la restriccion Tales presiones se registran en una carta conocida como carta del registrador

bull Ventajas

Bien Oocumentado en normas y estandares Tiene amplia aceptacion yes muy conocido a traves de la industria en cuanto a requisitos para uso y mantenimiento Costos de adquisicion y mantenimiento relativamente bajos No tiene partes moviles en contacto con la corriente de fluido Cuando se instala de acuerdo con los procedimientos estandares no requiere calibraciones diferentes de las que confirmen las tolerancias mecanicas al momenta de comprarlo y durante su uso Bajos costos de reemplazo

35 1

-----

o

- _

0--I -

I I

BORDE BISELADO

o o

o

No tiene limitacionf materiales apropiadl

Procedimientos sen

Desventajas bull

Perdidas de presi Mas sensitivo a I EI modelo de fll s61idos en sus a

94 Ecuacion Baf

La obtenci6n de I de conservaci6n (

rr dH +shy

g

donde H Entalpia I m Masa lbs v Veloc h Altura pi g Acelerac gc Constar

Para el cas(

dl

y de acue

(

donde S r T V P Lw

Llevi

EXCENTRICO SEGMENTAL

Figura 98- Tipos de orificios

352

------ -- --

No tiene limitaciones de presion temperatura y corrosion cuando se escogen los materiales apropiados Procedimientos sencillos para obtener la tasa de flujo

bull Oesventajas

Perdidas de presion relativamente altas especialmente cuando la relaci6n ~ es pequeiia Mas sensitivo a las perturbaciones de flujo a valores altos de beta que otros medidores EI modelo de flujo en el medidor hace que el medidor no remueva los depositos de solidos en sus alrededores

94 Ecuaci6n Basica del Medidor de Orificio

La obtencion de la ecuacion basica del medidor de orificio se hace_partiendo-deJa_ewacion de conservacion de energia que en una de sus formas se puede plantear como

dH +-vdv+m~dh=W+dq (9 1 ) g g c

donde H Entalpia Ibf pie m Masa Ibs v Velocidad piesso h Altura pies g Aceleracion de la gravedad 32 2 piess2

gc Constante de conversion 322 Ibmpies2

Para el caso de flujo a traves de un orificio dh=O y W=O entonces

m dH + - vdv = dq (9 2)

gc

y de acuerdo con la termodinamica

dH = TdS + VdP TdS = dq + Lw

donde S Entropia IbfpieJOR T Temperatura oR V Volumen pies3

P Presion Ibfpie2

Lw Perdidas debidas a irreversibilidades por ejemplo por fricciOn

Llevando a estas dos Oltimas definiciones a la ecuacion (92) se tiene finalmente

353

Para los objetivos de estas notas interesafundamentalmente el medidor de orificio y en adelante se seguira hablando de este tipo de medidor

Tabla 34- Condiciones para las cuales se recomienda el uso de algunos de los medidores mas comunes(1)

bull

Orificio Ultrasonico Turbina lobulos Diafragma Caudal (km~hr) 5 -1000 5-1000 5-600 003 - 50 0002 -0 75

Qmxqmln 3 10 -50 1050 50 50 Pmx (bares) 100 100 100 7 -70 02 Diametro (pul) 4 16 4-12 -3

IU es para Mia preslon OU para a a preslon

93 Descripcion del Medidor de Orificio

~-sel medidor mas US9~Q_~uand se _9~~~~rnenes grandes degas Como ya se dj~o es middotmiddotm medidorde diferencial d~ presion y cQ[lSiste fundamentalmente en una lamina que posee un orificio a traves del cual pasa el gas EI medidor de orificio consta de dos elementos fundamentales

EI primer elemento esta constituido por las siguientes partes

- - La lamina y el orificio - EI portaorificio oil

- La seccion recta de tuberia donde va montado el orificio - La seccion rectificadora

( - Las tomas de presion

EI segundo elemento de medidor de orificio 10 constituyen los registradores de presion

En cuanto al orificio este normalmente va centrado en la lamina y es de forma circular pero puede ser apenas una seccion de circulo y no ir centrado La Figura 98 muestra diferentes tipos de orificios Existen tres caracteristicas importantes que es necesario conocer de la placa yu orificio el espesor de la placa el diametro del orificio y el tipo de borde EI espesor de la placa debe ser tan pequeno como sea posible pero 10 suficientemente fuerte para que no se deforme con las presiones que tendra que soportar algunas recomendaciones que relacionan el espesor de la lamina con el diametro de la tuberia 0 del orificio son

o d 1 h = 30 h = 8 h = 8 (0 - d)

donde h es el espesor de la lamina y D Y d son los diametros de la tuberia y el orificio respectivamente

Los bordes del orificio son de tres tipos cuadrados biselados y afilados

EI diametro del orificio se expresa como dID y esta relacion se conoce como r donde d es el diametro del orificio y D el diametro de la tuberia

EI portaorificio es el mecanismo donde va montada la placa y el cual a su vez permite remover el orificio

350

Las seccie garantizar recta depf cercanas middot

Cuando t eliminar I de tubos y evitar que hay

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Las secciones rectas de tuberia donde va montado el orificio son fundamentales para garantizar el minimo de turbulencia en el flujo del gas La longitud requerida de la seccion recta depende del diametro de la tuberia la relacion ~ y la presencia de restricciones al flujo cercanas al orificio tales como valvulas reducciones codos etc

Cuando hay presencia de restricciones y no hay la suficiente longitud de tuberia recta para eliminar la turbulencia se requieren las secciones de rectificacion que consisten en una serie de tubos paralelos a traves de los cuales se distribuye el flujo con el fin de hacerlo mas lineal y evitar la turbulencia Su ubicacion con respecto al orificio depende del tipo de restriccion que haya en la linea

La Figura 99 muestra varios casos de restricciones las longitudes de la seccion recta para que no haya seccion de rectificacion y la posicion de esta cuando es necesaria

I

mdes degas Como ya se ~Imente en una lamina que

~dores de presion

5 de forma circular pero a 98 muestra diferentes ~ecesario conocer de la )0 de borde EI espesor emente fuerte para que recomendaciones que

xificio son

la tuberia y el orificio

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Jal a su vez permite

Las tomas de presion son conexiones que permiten medir la presion antes y despues del orificio con el fin de registrarlas en las cartas del registrador EXlsten varios tipos de tomas de presion pero entre los mas usados se pueden mencionar

Tipo brida Tipo tuberia Tipo vena contracta

La Figura 100 esquematiza estos tipos de tomas la tipo brida mide las presiones inmediatamente antes y despues de la restriccion es la mas usada En la conexion tipo tuberia la presion antes de la restriccion se mide a 250 antes del orificio y la presion despues de la restriccion se mide 80 despues de esta en este punto se considera que se ha presentado la maxima recuperacion de la presion En la conexion tipo vena contracta la presion antes de la restriccion se toma 1 0 antes de esta y la presion despues se toma en el punta conocido como vena contracta este punto se caracteriza porque el chorro de fluido tiene la menor area transversal y por 10 tanto el fluido presentara ahi la maxima velocidad y la menor presion la posicion de este punto varia con la tasa de flujo y por tanto este tipo de conexiones funcionan cuando la tasa de flujo es estable

EI registrador de presion registra en una cart~ dos presiones originadas por la presion antes y despues de la restriccion una de las presiones se conoce como la presion estatica y puede ser la presion tomada antes 0 despues de la restriccion y la otra presion se conoce como la diferencial y es la caida de presion a traves de la restriccion 0 sea la diferencia entre la presion antes y despues de la restriccion Tales presiones se registran en una carta conocida como carta del registrador

bull Ventajas

Bien Oocumentado en normas y estandares Tiene amplia aceptacion yes muy conocido a traves de la industria en cuanto a requisitos para uso y mantenimiento Costos de adquisicion y mantenimiento relativamente bajos No tiene partes moviles en contacto con la corriente de fluido Cuando se instala de acuerdo con los procedimientos estandares no requiere calibraciones diferentes de las que confirmen las tolerancias mecanicas al momenta de comprarlo y durante su uso Bajos costos de reemplazo

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94 Ecuacion Baf

La obtenci6n de I de conservaci6n (

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EXCENTRICO SEGMENTAL

Figura 98- Tipos de orificios

352

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No tiene limitaciones de presion temperatura y corrosion cuando se escogen los materiales apropiados Procedimientos sencillos para obtener la tasa de flujo

bull Oesventajas

Perdidas de presion relativamente altas especialmente cuando la relaci6n ~ es pequeiia Mas sensitivo a las perturbaciones de flujo a valores altos de beta que otros medidores EI modelo de flujo en el medidor hace que el medidor no remueva los depositos de solidos en sus alrededores

94 Ecuaci6n Basica del Medidor de Orificio

La obtencion de la ecuacion basica del medidor de orificio se hace_partiendo-deJa_ewacion de conservacion de energia que en una de sus formas se puede plantear como

dH +-vdv+m~dh=W+dq (9 1 ) g g c

donde H Entalpia Ibf pie m Masa Ibs v Velocidad piesso h Altura pies g Aceleracion de la gravedad 32 2 piess2

gc Constante de conversion 322 Ibmpies2

Para el caso de flujo a traves de un orificio dh=O y W=O entonces

m dH + - vdv = dq (9 2)

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y de acuerdo con la termodinamica

dH = TdS + VdP TdS = dq + Lw

donde S Entropia IbfpieJOR T Temperatura oR V Volumen pies3

P Presion Ibfpie2

Lw Perdidas debidas a irreversibilidades por ejemplo por fricciOn

Llevando a estas dos Oltimas definiciones a la ecuacion (92) se tiene finalmente

353

medidor de orificio y en

el uso de algunos de los

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Las secciones rectas de tuberia donde va montado el orificio son fundamentales para garantizar el minimo de turbulencia en el flujo del gas La longitud requerida de la seccion recta depende del diametro de la tuberia la relacion ~ y la presencia de restricciones al flujo cercanas al orificio tales como valvulas reducciones codos etc

Cuando hay presencia de restricciones y no hay la suficiente longitud de tuberia recta para eliminar la turbulencia se requieren las secciones de rectificacion que consisten en una serie de tubos paralelos a traves de los cuales se distribuye el flujo con el fin de hacerlo mas lineal y evitar la turbulencia Su ubicacion con respecto al orificio depende del tipo de restriccion que haya en la linea

La Figura 99 muestra varios casos de restricciones las longitudes de la seccion recta para que no haya seccion de rectificacion y la posicion de esta cuando es necesaria

I

mdes degas Como ya se ~Imente en una lamina que

~dores de presion

5 de forma circular pero a 98 muestra diferentes ~ecesario conocer de la )0 de borde EI espesor emente fuerte para que recomendaciones que

xificio son

la tuberia y el orificio

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Jal a su vez permite

Las tomas de presion son conexiones que permiten medir la presion antes y despues del orificio con el fin de registrarlas en las cartas del registrador EXlsten varios tipos de tomas de presion pero entre los mas usados se pueden mencionar

Tipo brida Tipo tuberia Tipo vena contracta

La Figura 100 esquematiza estos tipos de tomas la tipo brida mide las presiones inmediatamente antes y despues de la restriccion es la mas usada En la conexion tipo tuberia la presion antes de la restriccion se mide a 250 antes del orificio y la presion despues de la restriccion se mide 80 despues de esta en este punto se considera que se ha presentado la maxima recuperacion de la presion En la conexion tipo vena contracta la presion antes de la restriccion se toma 1 0 antes de esta y la presion despues se toma en el punta conocido como vena contracta este punto se caracteriza porque el chorro de fluido tiene la menor area transversal y por 10 tanto el fluido presentara ahi la maxima velocidad y la menor presion la posicion de este punto varia con la tasa de flujo y por tanto este tipo de conexiones funcionan cuando la tasa de flujo es estable

EI registrador de presion registra en una cart~ dos presiones originadas por la presion antes y despues de la restriccion una de las presiones se conoce como la presion estatica y puede ser la presion tomada antes 0 despues de la restriccion y la otra presion se conoce como la diferencial y es la caida de presion a traves de la restriccion 0 sea la diferencia entre la presion antes y despues de la restriccion Tales presiones se registran en una carta conocida como carta del registrador

bull Ventajas

Bien Oocumentado en normas y estandares Tiene amplia aceptacion yes muy conocido a traves de la industria en cuanto a requisitos para uso y mantenimiento Costos de adquisicion y mantenimiento relativamente bajos No tiene partes moviles en contacto con la corriente de fluido Cuando se instala de acuerdo con los procedimientos estandares no requiere calibraciones diferentes de las que confirmen las tolerancias mecanicas al momenta de comprarlo y durante su uso Bajos costos de reemplazo

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Perdidas de presi Mas sensitivo a I EI modelo de fll s61idos en sus a

94 Ecuacion Baf

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Figura 98- Tipos de orificios

352

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No tiene limitaciones de presion temperatura y corrosion cuando se escogen los materiales apropiados Procedimientos sencillos para obtener la tasa de flujo

bull Oesventajas

Perdidas de presion relativamente altas especialmente cuando la relaci6n ~ es pequeiia Mas sensitivo a las perturbaciones de flujo a valores altos de beta que otros medidores EI modelo de flujo en el medidor hace que el medidor no remueva los depositos de solidos en sus alrededores

94 Ecuaci6n Basica del Medidor de Orificio

La obtencion de la ecuacion basica del medidor de orificio se hace_partiendo-deJa_ewacion de conservacion de energia que en una de sus formas se puede plantear como

dH +-vdv+m~dh=W+dq (9 1 ) g g c

donde H Entalpia Ibf pie m Masa Ibs v Velocidad piesso h Altura pies g Aceleracion de la gravedad 32 2 piess2

gc Constante de conversion 322 Ibmpies2

Para el caso de flujo a traves de un orificio dh=O y W=O entonces

m dH + - vdv = dq (9 2)

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y de acuerdo con la termodinamica

dH = TdS + VdP TdS = dq + Lw

donde S Entropia IbfpieJOR T Temperatura oR V Volumen pies3

P Presion Ibfpie2

Lw Perdidas debidas a irreversibilidades por ejemplo por fricciOn

Llevando a estas dos Oltimas definiciones a la ecuacion (92) se tiene finalmente

353

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Figura 98- Tipos de orificios

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No tiene limitaciones de presion temperatura y corrosion cuando se escogen los materiales apropiados Procedimientos sencillos para obtener la tasa de flujo

bull Oesventajas

Perdidas de presion relativamente altas especialmente cuando la relaci6n ~ es pequeiia Mas sensitivo a las perturbaciones de flujo a valores altos de beta que otros medidores EI modelo de flujo en el medidor hace que el medidor no remueva los depositos de solidos en sus alrededores

94 Ecuaci6n Basica del Medidor de Orificio

La obtencion de la ecuacion basica del medidor de orificio se hace_partiendo-deJa_ewacion de conservacion de energia que en una de sus formas se puede plantear como

dH +-vdv+m~dh=W+dq (9 1 ) g g c

donde H Entalpia Ibf pie m Masa Ibs v Velocidad piesso h Altura pies g Aceleracion de la gravedad 32 2 piess2

gc Constante de conversion 322 Ibmpies2

Para el caso de flujo a traves de un orificio dh=O y W=O entonces

m dH + - vdv = dq (9 2)

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y de acuerdo con la termodinamica

dH = TdS + VdP TdS = dq + Lw

donde S Entropia IbfpieJOR T Temperatura oR V Volumen pies3

P Presion Ibfpie2

Lw Perdidas debidas a irreversibilidades por ejemplo por fricciOn

Llevando a estas dos Oltimas definiciones a la ecuacion (92) se tiene finalmente

353

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No tiene limitaciones de presion temperatura y corrosion cuando se escogen los materiales apropiados Procedimientos sencillos para obtener la tasa de flujo

bull Oesventajas

Perdidas de presion relativamente altas especialmente cuando la relaci6n ~ es pequeiia Mas sensitivo a las perturbaciones de flujo a valores altos de beta que otros medidores EI modelo de flujo en el medidor hace que el medidor no remueva los depositos de solidos en sus alrededores

94 Ecuaci6n Basica del Medidor de Orificio

La obtencion de la ecuacion basica del medidor de orificio se hace_partiendo-deJa_ewacion de conservacion de energia que en una de sus formas se puede plantear como

dH +-vdv+m~dh=W+dq (9 1 ) g g c

donde H Entalpia Ibf pie m Masa Ibs v Velocidad piesso h Altura pies g Aceleracion de la gravedad 32 2 piess2

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Para el caso de flujo a traves de un orificio dh=O y W=O entonces

m dH + - vdv = dq (9 2)

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y de acuerdo con la termodinamica

dH = TdS + VdP TdS = dq + Lw

donde S Entropia IbfpieJOR T Temperatura oR V Volumen pies3

P Presion Ibfpie2

Lw Perdidas debidas a irreversibilidades por ejemplo por fricciOn

Llevando a estas dos Oltimas definiciones a la ecuacion (92) se tiene finalmente

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Figura 99- Tipos de Secciones de Rectificacion en una Instalacion de Medidor de Orificio Figura 100 - Tipos

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