teoria coriolis

5/14/2018 TEORIA CORIOLIS - slidepdf.com

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Que es un caudalímetro másico porefecto Coriolis?

Transmisor

Periférico

Sensor

Tanque

Un caudalímetro está compuesto por un sensor, un transmisor y en la mayoría de los casos,

dispositivos periféricos que permiten monitorear, configurar alarmas, realizar funciones decontrol, etc.

Sensores: son los elementos primarios que detectan flujo, densidad y temperatura.

Transmisores: recogen las señales de los sensores, la procesan y proveen información como salidas.

Periféricos: proveen funcionalidad adicional, como por ejemplo un controlador batch, un computador deflujo, etc.




Transmisor

Caja de unión

Sensor

Flujo

El transmisor es el cerebrodel sistema y realiza tresacciones fundamentales.

En primer lugar, el transmisorenvía pulsos de corriente a labobina excitadora del sensor,haciendo que los tubos vibrena su frecuencia natural.




Transmisor

Caja de unión

Sensor

Flujo

En segundo lugar, eltransmisor procesa lasseñales del sensor, realiza

cálculos y genera diversasseñales de salida para losdispositivos periféricos.

Salida a periféricos




Sala decontrol

Comunicaciones

HC275

Por último, el

transmisor se comunicade diferentes manerascon un operador o biencon un sistema decontrol.



Tecnología CoriolisIntroducción

Ya sea para líquidos, gases o lodos, la tecnologíacoriolis ofrece muchas ventajas respecto de lastradicioales tecnologías volumétricas.

Medición multivariable

Gran exactitud (+/- 0,1%)

Gran repetibilidad

Gran rangeabilidad (1:100)

Baja pérdida de carga

Fácil instalación ya que no requiere de montajeespecial ni de un régimen laminar del fluído, porlo que no necesita tramos rectos de tubería.

Bajo mantenimiento, no posee partes móviles,no es intrusivo.



La tecnología CoriolisProvee múltiples mediciones

Flujo másico

Densidad

Temperatura

Micro

Motion

MEDICIONES PRIMARIAS



Flujo volumétrico

DensidadAPI

Variables eléctricas (V drive – V pickoff – Frec.)

Micro

Motion

Viscocidad

La tecnología CoriolisProvee múltiples mediciones

MEDICIONES SECUNDARIAS



Interior de los sensores



Bobina excitadora




Bobinas de sensado




Oscilación de los tubos sensores

Bobina

excitadorae imán

Entrada delflujo

Tubos sensores

Salida del

flujo

Pickoff deentrada

Pickoff de salida

BobinaPickoff Imán

Pickoff

Onda senoidal



Principio de coriolisAceleración – Masa – Fuerza

Fuerza de coriolis

Masa en movimiento

Movimiento angular

Si cambia de sentido elmovimiento angular o el

sentido del desplazamientode masa, cambia de sentido

la fuerza de coriolis.



Principio de coriolisAceleración – Masa – Fuerza

Tubos acercándose Tubos alejándose



Principio de coriolisFases – Pickoff entrada y Pickoff salida

SIN FLUJO

Pickoff de entrada

Pickoff de salida

CON FLUJO



Principio de coriolisFactor de calibración de flujo

DESFASAJE

MICROSEGUNDOS

Factor decalibración

Coeficiente detemperatura

El factor de calibración de flujo se compone de 10 caracteres,incluyendo dos puntos decimales. Un valor típico de factor decalibración para un sensor Elite, podría ser 4.27454.75

Este valor tiene dos componentes:

1 .- Los primeros cinco dígitos (4.2745) expresan el factor decalibración. Cada sensor posee un único factor de calibración,este factor, multiplicado por el desfasaje expresado enmicrosegundos, da como resultado un valor de flujo másico engramos/segundo.

Por ejemplo, si el desfasaje es de 5 microsegundos, el flujomásico será 5 x 4.2745 = 21.3725 gr./seg.

2.- Los tres últimos dígitos (4.75) expresan el coeficiente detemperatura para el material constructivo de los tubos y se

utiliza para compensar el efecto de la temperatura sobre larigidez de los tubos. Este coeficiente está expresado en cambioporcentual de la rigidez, por cada 100ºC.



DensidadPrincipio de operación

Relación entre masa y frecuencia de oscilación

La relación entre la masa y la frecuencia natural de oscilación es la base para la medición de la densidad enlos caudalímetros Micro Motion.

Para comprender esta relación, consideremos un sistema masa – resorte.

Si se incrementa la masa, la frecuencia natural disminuye, por el contrario, si la masa disminuye la frecuencianatural aumenta.

MICROSEGUNDOS

Sistema masa -resorte

Más masa, menorfrecuencia

Menos masa, mayorfrecuencia




Analogía con unsistema masa-resorte

Tubos vibrantes

Bobina

excitadora

Sistema masa-resorte

Los tubos de un sensor coriolis también poseenuna frecuencia natural de oscilación, ellosrepresentan el resorte y la masa de los mismos másla de su contenido, representa la masa suspendidadel extremo del resorte.

Cuando el medidor se encuentra en operación, la

bobina excitadora (energizada por el transmisor) esla que induce a los tubos para que oscilen a sufrecuencia natural.

Al igual que en un sistema masa-resorte, cuandoaumenta la densidad del producto que circula porlos tubos del sensor, aumenta también la masa quecontienen, por lo que la frecuencia de oscilacióndisminuye.

Por el contrario, si la densidad del productodisminuye, se traduce en un aumento de lafrecuencia natural de oscilación.

Los sistemas son análogos.




fn

f

Tr

Tr es la relación de transmisibilidad

Esta relación puede definirse como elcociente entre la salida y la entrada, algosimilar a la ganancia del sistema.

En otros términos, para nuestro caso, sepuede expresar como el cociente entre la

tensión alterna inducida en la bobina sensora(pickoff) y la tensión alterna aplicada a labobina excitadora.

Tr =Vac pickoff

Vac drive coil

fn es la frecuencia natural de oscilación o

frecuencia de resonancia y le corresponde elvalor más alto de transmisibilidad.




Entrada

Salida

Pickoffizquierdo

Frecuencia enciclos/seg.

Relación entre densidad y frecuencia:

La densidad se puede definir como la masa porunidad de volumen o la masa dividida el volumen.

El volumen contenido en los tubos del sensorpermanece constante por lo que la única forma deque cambie la masa es debido a un cambio en la

densidad. Dada la relación que existe entre masa ydensidad, la frecuencia natural de oscilación de lostubos no solo indica la masa del fluido quecontienen sino también la densidad.

De acuerdo a lo dicho, la densidad del fluido puedeobtenerse a partir de la frecuencia de oscilación delos tubos del sensor.

La señal de frecuencia se toma de la bobina

correspondiente al pickoff izquierdo o de salida.




Pickoff de entrada

Pickoffde salida

Período enmicrosegundos

Frecuencia enciclos/seg.

Período de la oscilación

La frecuencia se mide enciclos/segundos por lo que suvalor puede obtenerse contando

ciclos o bien midiéndo el período.Los transmisores Micro Motioncalculan la densidad del fluido apartir del período, es decir elnúmero de microsegundos porciclo.

La relación entre período yfrecuencia es inversa, por lo quela relación entre densidad yperíodo es directa.




Densidad alta de calibración

Fluido: agua

K2=10966 microsegundos

D2=0.9982 g/cm³

Período

de osc.En

(µseg.²)

K²

Densidad eng/cm³

Densidad baja de calibración

Fluido: aire


D1=0.0010 g/cm³

AIRE

AGUA

Calibración de la densidad

Cada conjunto sensor/transmisor MicroMotion se calibra en fábrica utilizandocomo fluido, aira y agua.

El medidor se pone en marcha con lostubos llenos de aire y el período deoscilación se graba como K1. La densidaddel aire se determina independientemente yse graba como D1.

Luego, se llenan los tubos con agua y segraba el período como K2. La densidad delagua, que también fue determinada enforma independiente se graba como D2.

Estos puntos, definidos por K1/D1 y K2/D2determinan una recta que caracteriza larespuesta de ese sensor respecto de lamedición de la densidad.

La ilustración muestra las densidades delos dos fluidos de calibración graficados en

función de los períodos generados.





Fluido: agua


D2=0.9982 g/cm³

Período

de osc.En

(µseg.²)

K²

Densidad eng/cm³


Fluido: aire


D1=0.0010 g/cm³

AIRE

AGUA

Factor de calibración de la densidad

Cuando se configura un transmisor para unsensor en particular, se graban en sumemoria los siguientes factores:

1.- Período de los tubos con aire (K1) 10484

2.- Período de los tubos con agua (K2) 10966

3.- Densidad del aire (D1) 0.0010

4.- Densidad del agus (D2) 0.9982

5.- Coeficiente de temperatura 4.39

El coeficiente de temperatura se utiliza pararealizar la compensación por efecto térmicosobre la elasticidad de los tubos, expresadoen porcentaje por 100ºC.





Fluido: agua


D2=0.9982 g/cm³

Período

de osc.En

(µseg.²)

K²

Densidad eng/cm³


Fluido: aire


D1=0.0010 g/cm³

AIRE

AGUA

Determinación de la densidad deproceso

La relación entre la densidad y el período deoscilación de los tubos es una funciónperfectamente definida. Si se conocen dospuntos (densidad/período) que definan la

respuesta del sensor, se podrá determinarcon gran exactitud la densidad de cualquierproducto, midiendo el períodocorrespondiente.

FLUIDO DE PROCESO

K = 10817



Temperatura

Los sensores poseen una RTDde contacto, de platino y treshilos.

Esta RTD mide la temperaturade los tubos en el lado deentrada al sensor.

La medición de temperatura se

utiliza para compensar lasvariaciones en la elasticidad delos tubos, por efecto térmico.



Flujo volumétrico

El flujo volumétrico es una medición secundaria

calculada a partir de dos mediciones primarias, flujomásico y densidad.

V = M



Flujo volumétrico corregido

Dado que se conoce la temperatura, el medidor

puede calcular la densidad corregida de acuerdo a laecuación oficial API por lo que también puede calcularel volumen corregido.

Vstd = M

std (API)



Trineo de Medición - Coriolis



UNIDAD LACT DE LPG - Tierra delFuego

.



4800

1 1 0 0

2”, 150# Slope 1:100

1 4 0 0

7 0 0

1 5 0 0

UNP 200

Loading with Three Meters in Parallel - Master Meter In-LineField Verification with Three Metere in Series

Proving Meters in Series

Verificación On Line en Campo



Estandards de la Industria del Gas

American Gas Association

AGA 3 - Placas Orificio

AGA 7 - Turbina Axial

AGA 5 - Cálculos Energéticos AGA 8 - Cálculos de Supercompresibilidad

AGA 9 - Ultrasónico

AGA 10 - VOS (Calculada vs. Medida) - Borrador

AGA 11 - Medidores Coriolis ( Sep 2003 ) API 14.3 / ISO 5167 (Placa Orificio)



Recomendación API para Coriolis

Figura 2 del API MPM Capítulo 5.6



MICRO MOTIONLínea de productos

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