coriolis funcionamiento jg julio 2011

7/29/2019 Coriolis Funcionamiento Jg Julio 2011

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TEORIA DE OPERACIÓN TEORIA DE OPERACIÓN Y FUNCIONAMIENTO Y FUNCIONAMIENTO

MEDID RE RI LI MEDID RE RI LI Jorge Arturo González Rodríguez Jorge Arturo González Rodríguez

Oil Oil & Gas & Gas Flow Flow Champion Champion

Julio 2011Julio 2011



Introducción a Introducción a

tipo Coriolis tipo Coriolis



Emerson Emerson Micro Motion Micro Motion ÆLíder Mundial del mercado de sensores Coriolis para flujo y densidadÆEmerson – Micro Motion Inventó el Primer Coriolis en 1977.

, ,

Æ5 Plantas de Manufactura en el Mundo

Chihuahua, México

Boulder, Colorado, USAShanghai, China

Veenendaal, Netherlands Ede, Netherlands



Fl Fl Fl Fl

¿ ue es un me or e u o m s co t po or o smarca Micro Motion?

A. Un medidor de flujo Volumétrico

B. Un medidor de flujo Másico

C. Un Densitómetro de exactitud

. o os e os en un ns rumen o



Fl Fl Fl Fl Æ Todos los medidores Micro Motion son capaces

de medir las si uientes variables de roceso:

– Flujo másico

–

– Flujo Volumétrico – Temperatura

– Totalizado en masa

– Totalizado en volumen

– Etc.



f f Æ Masa: Es el peso de un objeto.

Æ lb, g, kg, ton, etc...

Æ

Volumen: Espacio físico que ocupa un objeto.Æ L, m3,gal, etc…

Æ ens a . s a cant a e masa por un a e vo umen.

Æ lb/ft3, g/cm3, SGU etc…..

Æ Flu o Másico: Es la cantidad de masa or unidad de tiem o

Æ lb/min, kg/hr, ton/día etc…

Æ Flujo Volumétrico. Es la cantidad de Volumen por unidad de tiempo

Æ L/seg, m3 /hr, gal/min etc...



Por ué Coriolis Por ué Coriolis Medición directa en Masa Medición directa en Masa Æ En la última década, los sensores Coriolis han representado la

tecnología de flujo de mayor crecimiento.

masa en línea (báscula en línea) – Mejor control de reacciones químicas (basadas en pesos moleculares)

– Mejor balance de materiales

– Se reduce la variabilidad del proceso, especialmente en fluídoscompresibles (Gases)

40.9 gal. 42.0 gal.

La misma cantidad de fluído(342 lb), tiene una diferencia de

. en me c n vo um r ca(42.0 vs. 40.9 galones)

20° F 60° F342 lbs. 342 lbs.



P P En muchos casos es preferible medir el fluido entérminos de masa en vez de volumen a ue la

masa no varia con la temperatura y presión .

15 °C 75°C

Volumen: 155.0 litros 159. litros 2.45%

Masa: 80 kg 80 kg 0.00%



P r m ir n M P r m ir n M Los fluidos pueden ser medidos en términos gravimétricoso volumétricos, en la mayoría de las situaciones es

,

que la masa no varia con respecto a la temperatura y lapresión.

,cuando se tienen lecturas de temperatura y presión en

forma simultanea o a condiciones de referencia, a lascuales ha sido corre ida la lectura, or resióntemperatura.

También podemos medir la cantidad que ha pasado atr vés de un re definid en un dirección d d sobre unperiodo de tiempo dado en términos de masa o volumenó en términos de flujo másico o flujo volumétrico, comokilogramos por minuto o litros por hora.



or ué medir la Densidad or ué medir la Densidad Æ Densidad es el peso o masa de una sustancia por

unidad de volumen. Como el volumen la

densidad varia con la temperatura y la presión.

T = 4 °C T = 25 °C

Decrece con

incrementos detemperatura paramuchas

g100.0 litros

4 °C = 1000 kg/m3

g100.3 litros

25 °C = 997 kg/m3



P l l P l l P l l P l l Del flujo másico y la densidad podemos obtener el flujovolumétrico, ambas variables son medidas por losme ores cro ot on:

V ==

Generalmente las mediciones de densidad y flujo volumétricoreflejan las condiciones actuales de presión y temperatura en

. u upueden proporcionar la compensación en temperatura parala densidad y el volumen



l T l l l T l l l T l l l T l l Æ Insensible a los remolinos y Æ Medición Multivariable

Æ No le afectan los cambios en elfluido (presión, temperatura,

Æ Fácil Instalación

Æ Alta exactitud

densidad, composición)

Æ No requiere recalibración

Æ No intrusivo

Æ Medidor bidireccionalÆ No tiene partes en movimiento Æ Bajo Mantenimiento

Æ Gran aplicabilidad con alta exactitud en la medición de un gran

, , ,lodos y fluidos viscosos.



Principio de operación Principio de operación



Teoría de Operación Teoría de Operación Teoría de Operación Teoría de Operación Æ El efecto Coriolis es una fuerza inercial.Æ En 1835, Gustave-Gaspard de Coriolis mostró que se debe tomar en

cuerpos es usada en un plano rotacional de referencia.

Gaspard de Coriolis

Efecto Coriolis: La trayectoria original esdesviada hacia el oeste por efecto de la fuerzade rotación de la Tierra



Efecto Coriolis Efecto Coriolis Efecto Coriolis Efecto Coriolis

Cuerpo RotanteF = M * ASegunda Ley

F = 2M * V

M

e ewton

M

V

15



F z l F z l Flujo

MFc

V

Flujoro



Efecto Coriolis Efecto Coriolis Efecto Coriolis Efecto Coriolis Fuerza reactiva

Salida Eje de apoyo

e u o

Velocidadvertical

Aceleración

Entrada

Fuerza reactiva

del fluido Velocidadvertical

or o s

Velocidad

horizontal

Respuesta del tubo a la aceleración Coriolis



f l f l f l f l Æ El movimiento del tubo induce una aceleración en

el fluido – lo ue es un cambio en su velocidad –

fluyendo del lado de la entrada del tubo. En ellado de la salida del tubo se induce una.

cambios y su resistencia da como resultado

fuerzas reactivas ue causan la torsión del tubo.

Æ En la figura anterior se muestran las fuerzasreactivas durante la oscilación del ciclo del tubo.



Efecto Coriolis Efecto Coriolis Efecto Coriolis Efecto Coriolis Æ En un sensor Coriolis, la fuerza inercial se origina mediante la

vibración de los tubos de flujo. La deformación del tubo ó ángulo de

flujo másico.Æ Se emplean 2 tubos que vibran uno con respecto al otro, lo cual

Flujo

Flujo

Eje Tubos de Flujo

Vibración

Vibración

Deformación

Micro Motion Confidential



Componentes Componentes Internos Internos del SENSOR del SENSOR

Micro Motion Micro Motion

Componentes Componentes Internos Internos del SENSOR del SENSOR

Micro Motion Micro Motion Bobina Drive

Excitadora

Carcaza

o nas

Pickoff

Izquierda y

Derecha Tubo de Flu o

RTDNota: El segundo tubo

De flujo no esta visible

Process Connection Flanges



P P - - Fl Fl P P - - Fl Fl

Durante la operación, una bobina de control

(drive coil), localizada en el centro del doblez, ,lo cual provoca que los tubos oscilen, sobre eleje de soporte.

Los tubos vibran rápidamente en un intervalo

una distancia de algunas centésimas depulgada



Bobinas Bobinas - - Sin flujo (Vista frontal) Sin flujo (Vista frontal) Bobinas Bobinas - - Sin flujo (Vista frontal) Sin flujo (Vista frontal)



Princi io de O eración Princi io de O eración Flu o Másico Flu o Másico Princi io de O eración Princi io de O eración Flu o Másico Flu o Másico Sin Flujo

TiempomV

Bobina

Imán- Periodo del Tubo

El eriodo es sim lemente el inverso de la

frecuencia medida en microsegundos: lo

que significa el número de microsegundos

requeridos para una oscilación completa

Cuando la temperatura de los tubos seincrementa, su elasticidad o rigidez

también y el más alto valor de

elasticidad resulta el periodo de tubo

más largo.



Bobinas Bobinas - - Con flujo (Vista frontal) Con flujo (Vista frontal) Bobinas Bobinas - - Con flujo (Vista frontal) Con flujo (Vista frontal)

La torsión generada en el tubo,

proceso se encuentra fluyendo, esresultado del efecto Coriolis

del tubo induce una aceleración en elfluído que se desplaza en su interior,lo cual im lica incremento en lavelocidad del fluído.

En el lado de salida el movimiento

en el fluído, lo cual redunda en unadisminución de la velocidad delfluído.



Principio de Operación Principio de Operación - - Flujo Másico Flujo Másico Principio de Operación Principio de Operación - - Flujo Másico Flujo Másico

Si la cantidad de masa cambia, la frecuencianatural del sistema cambia:

Bobina

Æ Si la masa se incrementa, la frecuencianatural decrece: el peso y resorte hacenpocas oscilaciones por unidad de tiempo.

Imán

Æ Si la masa decrece, la frecuencia naturalincrementa: el peso y resorte hacen más

oscilaciones por unidad de tiempo.

Con Flujo

mV

∆T



Bobinas Bobinas - - A diferentes condiciones A diferentes condiciones Bobinas Bobinas - - A diferentes condiciones A diferentes condiciones

No Flow

TimemV

Coil

Time

Low Flow

Magnet

High Flow

TimemV



Flújo Másico Flújo Másico

Flujo

CoilTime

mV

Magnet

∆T= Unidades en micro segundosFactor de Calibración = unidades en

gramos por segundo por microsegundo

∆T

∆t es directamente ro orcional al flu o másico: el

valor medido de ∆t mas largo , es el valor másgrande del flujo másico. El medidor de flujo Micro

Motion mide el flujo másico mediante la detección

del t



Principio de operación Principio de operación - - Densidad Densidad

Analogía



P P - - Æ El sensor Micro Motion también funciona como un sensor dedensidad.

uan o a masa suspen a es esp aza a ac a a a o y

liberada, esta se moverá de arriba abajo, estando estemovimiento limitado por el resorte, hasta que la vibracióndesa arece el número de oscilaciones com letas or unidadde tiempo es llamado frecuencia de oscilación, si la masa semantiene igual así como el resorte y continua jalando y

liberando el sistema, este se mantendrá a la misma frecuencia,frecuencia natural del sistema.

Æ Si la masa se incrementa, la frecuencia natural disminuye; el.

Æ Si la masa disminuye, la frecuencia natural se incrementa; elnúmero de oscilaciones por minuto es mayor



Princi io de o eración Princi io de o eración - - Densidad Densidad Princi io de o eración Princi io de o eración - - Densidad Densidad La relación entre la masa y la frecuencia se describematemáticamente de la siguiente forma:

“La frecuencia de oscilación es inversamenteproporcional a la raíz cuadrada de la masa”

K =

1

m2 π

donde:

f es la frecuenciaK es una constante representando la

r l r r



P P - - P P - - En l l n r Mi r M i n l

oscilantes corresponden al resorte, y la masa desu contenido corresponde a la masa fija delresor e. a o na e con ro r ve co esenergizada periódicamente a través de un circuito

de retroalimentación ara mantener los tubossiempre oscilando a su frecuencia natural.



Densidad Densidad

TiempomV

Baja densidad

Bobina

Iman

Tiempo

Alta densidad



Densidad vs Frecuencia Natural de los Densidad vs Frecuencia Natural de los

tubos de Flu o tubos de Flu o

85

90

n c y

( H z )

75

80

u b

e

F r e q u

70

.0000 .1000 .2000 .3000 .4000 .5000 .6000 .7000 .8000 .9000 1.0000



Medición de la Tem eratura Medición de la Tem eratura Æ El sensor MMI también esta equipado con una resistenciadetectora de temperatura. El RTD consiste en un

la parte externa de uno de los tubos de flujo

Æ La temperatura de proceso es transmitida a tráves deltu o met co ac a e .

Æ

Una corriente muy pequeña pasa a tráves del platinocon la temperatura, la diferencia entre los voltajes desalida y entrada pueden indicar la temperatura de lasuperficie del tubo.

Æ Se debe conocer la temperatura del tubo para compensarlos efectos de la temperatura en la respuesta de los tubospara masa y densidad



Medición de la Temperatura Cont.Medición de la Temperatura Cont.

RTD 3 hilos de platino

e a empera ura e ostubos

- o -. .para sensores ELITE

Com ensa los cambios de

elasticidad de los tubos



Exactitud y Confiabilidad de la Medición Tipo Exactitud y Confiabilidad de la Medición Tipo Coriolis Coriolis de Emerson de Emerson Micro Micro Motion Motion Exactitud y Confiabilidad de la Medición Tipo Exactitud y Confiabilidad de la Medición Tipo Coriolis Coriolis de Emerson de Emerson Micro Micro Motion Motion

Æ Exactitud menor a +/- 0.05% y 0.10% en Flujo Certificadaen Masa y Volumen.

Æ Exactitud de +/- 0.0002 y 0.0005 gr/cm3 en Densidad.

Æ Certificados de Calibración trazabilidad PatrónInternacional NIST (National Institute of Standards and

Æ Certificados de Calibración por Patrón Nacional CENAM(Centro Nacional de Metrología). EMA (Entidad Mexicana

de Acreditaciones)Æ Auto Diagnostico llamado Smart Meter Verification, el

cual verifica en línea si el medidor ha sufrido cambios enla calibración por erosión, corrosión, o alguna otra

causa, sin necesidad de desmontarlo de la tubería.



Instalación del sensor Instalación del sensor

A di i i d Fl jA di i i d Fl jA di i i d Fl jA di i i d Fl j



Acondicionamiento de Flujo Acondicionamiento de Flujo

en medidores volumétricos en medidores volumétricos

Acondicionamiento de Flujo Acondicionamiento de Flujo

en medidores volumétricos en medidores volumétricos 5 Diámetrosde tubería

VenasAlineadoras

Medidor

Sección aguas abajo

Sección aguas arriba

NOTA:

medidores Coriolis Micro Motion NO requieren devenas alineadoras de flujo.



Guía de Instalación en Lí uidos Guía de Instalación en Lí uidos Guía de Instalación en Lí uidos Guía de Instalación en Lí uidos



I l I l I l I l Æ Tubos de flujo hacia arriba preferentemente

,

hacia abajoÆ No se requiere tramo de tubería recta

No es

acondicionador de flujo aguas

arriba



Guía General de Instalación Guía General de Instalación Guía General de Instalación Guía General de Instalación Æ Apropiado soporte del peso – Evitar

líneas colgadas

Æ La caja del sensor no puede ser

utilizada para soportar ni el sensor niotros equipos

Æ neac n aprop a a e a u er a ybridas

NOTA: La posición bandera no es recomendadapara me c n e o os con os sensoresCMF025, CMF050 o CMF100 de la líneaELITE, debido a los ángulos agudos en laforma omega de los tubos y esto propiciaríaa a acumu ac n e s os en as curvas etubo. Los tubos hacia arriba es preferible eneste caso.



Re uerimientos de instalación Re uerimientos de instalación - - Monta e Monta e Re uerimientos de instalación Re uerimientos de instalación - - Monta e Monta e Cortesía de GasNet : Incorrecta alineación y soportería del sensor



Re uerimientos de instalación Monta e Cont.Re uerimientos de instalación Monta e Cont.Re uerimientos de instalación Monta e Cont.Re uerimientos de instalación Monta e Cont.

ÆAsegurarse de la correcta alineación de las bridas.

Æ

Soportar el medidor lo más cerca posible de las bridas deconexión. Uso de Puntos Fijos.



Líquidos

Gases

M t j d lM t j d lM t j d lM t j d l



Montaje de los sensores Montaje de los sensores Montaje de los sensores Montaje de los sensores

Æ Los tubos deben estar llenos del fluido de proceso todo el

tiempo

Æ No colocar soportes sobre el sensor

Æ Minimizar el torque e inclinación en las conexiones del

Æ Coincidir la flecha de dirección de flujo del sensor, con ladirección de flujo del proceso

Æ Usar pierna de goteo para recuperar los condensados

Æ Use prácticas comunes de instalación para tuberias con lafinalidad de minimizar los momen os de orsión

flexibilidad.



difíciles de densidad y flujo

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