Sistemas de medicion de caudal de gas

MEDICION DE FLUJO VOLUMETRICO

La medición del caudal de gas es un proceso complejo, debido a que el gas es la fase de la materia en la cual no se tiene forma, ni volumen definido y sus propiedades físicas y termodinámicas cambian según las condiciones del mismo que sin correcciones adecuadas puede afectar significativamente las propiedades del gas y por ende la medición del caudal del mismo.La ecuación de conservación de la energía y la masa, proporcionan la teoría requerida para las mediciones de caudal de gas.
En la medición de caudal de gas existe una gran diversidad de medidores una clasificación preliminar se observa en la Figura 1


Alrededor del 80% de las mediciones de caudal de gas natural se realizan por medio de sistemas de medición de presión diferencial queutilizan placas de orificio como elementos primarios de medición.
La primera condición que debe cumplir un gas para que sea medible es la ausencia total de sólidos y/o líquidos. Un sistema de medición de caudal de gas con medidores de presión diferencial está integrado por:

Elementos Primarios Elementos Secundarios
 Placa Orificio, Tubo Venturi o tobera
 Tubería del tren de medición  Medidorde Presión Diferencial
 Medidor de Presión estática
 Medidor de Temperatura
 Computador de Flujo (opcional)



El sistema de medición de presión diferencial con placa orificio también llamado puente de medición, se encuentra generalmente a la salida de los separadores de baterías y plantas compresoras, etc.
La forma más usual de medir el caudal de gas, es provocando, mediante el usode un orificio, una diferencia de presión que varía en forma proporcional al caudal que pasa por el mismo, a través de la ecuación de Bernoulli. Estas variaciones de presión se registran en instrumentos que permitirán el cálculo del volumen en función a las variaciones de la temperatura, del diámetro del orificio, del diámetro del puente de medición y de la densidad del gas.
Principio demedición de los caudalímetros de tipo placa orificio




La Figura anterior muestra los efectos que causa en el flujo un paso reducido de la tubería, en este caso con una placa orificio crea un paso estrecho (d). Según la ecuación de Bernoulli, la velocidad del fluido aumenta de v1 en la tubería general a v2 en el paso estrecho. En consecuencia, la presión dinámica (Pdin) aumenta y la presiónestática (Pestat) disminuye en la relación correspondiente a las diferentes velocidades del fluido.
La caída de presión provocada de este modo se suele denominar comúnmente "presión diferencial" (p = Pdin - Pestad). Esta presión diferencial en función de la velocidad del fluido principal es una medida directa del caudal que circula por la tubería. Dos tubos capilares comunican la presión diferencialal transmisor, donde la medición se procesa y se convierte a las señales de salida correspondientes.
Ecuación de Bernoulli establece que :



(1)

Si ha = hc entonces:

(2)

Sabemos también que :

Reemplazando en (2) se tendrá:

y si además decimos que :

Entonces

Por continuidad:

Estas formulas son ideales porque no se toma en cuenta el reparto desigual develocidades del fluido, la contracción de la vena del fluido, la rugosidad de la tubería, el estado del líquido y todos los factores no medibles que pueden afectar esta relación. Para compensar este efecto se utiliza un coeficiente de descarga Cd, obtenido experimentalmente.

Donde :
Cd : Coeficiente de Descarga
E : Coeficiente de velocidad de Aproximación dependiente de la relación dediámetros d/D
d : Diámetros del Orificio
beta : relación de diámetros

Otra ecuación resultante para el caudal de gas es:


Donde:
Hw : Presion diferencial a través del orificio, medida en pulgadas de agua a 60ºF
Pf : Presion estatica en psia
Fpb : Factor básico de orificio
Ftf : Factor de temperatura de Flujo
Fpv: Factor de supercompresibilidad
Fg : Factor de Gravedad Especifica...