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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL: MEDIDORES MASICOS Ing. CARLOS E. COTRINO B. M. Sc.

Fuerza de Coriolis Cor · i · o · lis (k ô r´ë-ö´lis). Una fuerza ficticia usada para describir matemáticamente un movimiento, como el de un avión o una formación de nubes, relativo a un marco de referencia no inercial con movimiento rotatorio uniforme, como la tierra. [ Gaspard G. de Coriolis (1792-1843), Matemático francés.]

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Fuerza de Coriolis3 CORIOLIS FORCE = 2 x BALL MASS x BALL VELOCITY x PLATFORM ANGULAR VELOCITY

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Fuerza de Coriolis3 Fuerza Coriolis = 2 . m . V x ω

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Principio de operación1 Teoría de operación: Midpoint Measuring Tube with flow

Measuring Tube without flow

Fc

Fc

Flow w

Direction of Oscillation

Sensors A & B

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Principio de operación1

w

v

Fc Coriolis Force

= –2 • m • [ Mass

ω

×

Angular Speed of Rotation

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v

]

Velocity

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Principio de operación1 Sensor A

Mass Flow = 0 Sensor B

Sensor A

Sensor B

Sensor A

Mass Flow > 0 Sensor B

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Principio de operación4 



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Un tubo lleva un magneto y el otro lleva una bobina colectora o pickup. Las ondas seno generadas representan el movimiento de un tubo respecto al otro.

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Principio de operación4  



Los tubos oscilan con una diferencia de fase de 180°. Los “pick ups” interno y externo generan ondas seno continuamente. Cuando el tubo esta vacío no se genera diferencia de fase

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Principio de operación4 



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Cuando pasa fluido a través de los tubos se generan fuerzas de Coriolis. Cuando el tubo tiende a subir durante el semiciclo correspondiente el fluido tiende a impulsarlo hacia abajo

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Principio de operación4 





Esta diferencia de momentum angular produce una torsión del tubo La torsión del tubo hace que las señales generadas por los “pickups” estén fuera de fase. La diferencia de fase se mide por un ΔT

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Principio de operación4 

 

K es el factor de Calibración de cada tubo. Depende del material y la temperatura. Q = K*ΔT Coeficiente de temperatura : % de cambio de la elasticidad por 100 °C

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Principio de operación4 



Cuando el volumen de fluido en el tubo permanece constante, los cambios en la masa son debidos a los cambios de densidad. La frecuencia de oscilación del tubo depende de la masa y de la densidad

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Principio de operación4 



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Cuando la masa del fluido aumenta, la frecuencia de oscilación decrece. Cuando la masa del fluido disminuye, la frecuencia de oscilación aumenta

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Principio de operación4 La señal de frecuencia se toma del pickup izquierdo (LPO).  Se mide el periodo de la oscilación en microsegundos  La densidad es directamente proporcional al periodo 

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Características ◦ Medición directa de gran exactitud:    

Flujo másico Densidad Temperatura Medición indirecta de Flujo volumétrico

◦ En la medición no afectan cambios de: Presión, Temperatura, Densidad, Viscosidad, Régimen de flujo, Conductividad, Velocidad. ◦ Tipo de montaje (no es necesario definir tramos de medición).

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Aplicaciones   

    

Slurries Viscosidad variable Líquidos sanitarios Líquidos abrasivos Líquidos de densidad variable Líquidos sensibles al cizallamiento Líquidos adheribles Gases

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Masa vs. Volumen 

Ejemplo 200 L

195 L

GASOLINA A 15 DEG C

GASOLINA A -6.5 DEG C

146 Kilogramos

146 Kilogramos

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Flujo bifásico3 Flujo bifásico anular: El liquido fluye por las paredes y el gas circula por el centro de la tubería a gran velocidad.

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Flujo bifásico3 Flujo bifásico con burbujas:

Alta viscosidad

Baja viscosidad C.COTRINO-NOV-2011

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Flujo bifásico3 Flujo bifásico con “slug flow”:

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Tipos de tubo3

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Flujo dividido4

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Tubos rectos5

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Tubo recto4

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Especificaciones1

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Especificaciones1

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Especificaciones1

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Especificaciones1

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Especificaciones1

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Especificaciones1

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Pérdida de presión 9

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Pérdida de presión 9

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Pérdida de presión 9

1: Standard; 2: High pressure

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Vibración7,10 “If the external vibration is close to the working frequency of the Coriolis mass flowmeter, measurement errors will occur”.  “Pulsation is not only critical at the working drive frequency fE of the mass flowmeter but also at frequencies f = fc − fe , where fc is the Coriolis frequency” 

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Vibración7,10 



“Coriolis mass flowmeters with high working frequencies are much less sensitive to pulsation and external vibrations than others”. “For severely vibrating applications, where the low working frequency of the Coriolis mass flowmeters might become critical, the influence of the external vibration can be considerably reduced by using flexible piping and vibration isolating pipe supports”. C.COTRINO-NOV-2011

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Instalación9 



Entrained air or gas bubbles in the measuring tube can result in an increase in measuring errors. Avoid the following locations: ◦ Highest point in a run. ◦ Directly upstream from a free pipe outlet in a down pipe.

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Instalación3,9 

 



Recommended orientation with upward direction of flow. Entrained solids sink down. Gases rise away from the measuring-tube when fluid is not flowing. The measuring tubes can be completely drained and protected against solids build-up.

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Instalación9 



Transmitter housing above or below the pipe. This arrangement means that no gas and air accumulations and solid deposits can form in the curved measuring tube (single-tube system).

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Instalación3,9 •Do not install the sensor in such a way that it is suspended in the pipe, in other words without support or attachment. •This is to avoid excessive strain at the process connection. •The base plate of the sensor housing is designed for mounting on a tabletop, wall or post.

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Instalación9 



Pipe restrictions or the use of an orifice with a smaller cross-section than the nominal diameter prevent the sensor running empty while measurement is in progress Installation in a down pipe (e.g. for batching applications): ◦ ◦ ◦ ◦ ◦

1 = Supply tank, 2 = Sensor, 3 = Orifice, pipe restrictions 4 = Valve, 5 = Batching tank

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Instalación5

Reduzierung

Reduzierung

Instalación con reducción

Instalación con codos

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Calentamiento por vapor5

Verificar máxima temperatura de calentamiento. (Típica: 150°C). Solución para productos viscosos, con tendencia a solidificarse 43

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Aplicaciones6 



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Engine consumption Measurement Fuel conditioning and consumption measurement

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Aplicaciones8 Dairy plants process raw milk to separate the cream (or milk fat) from the milk to create skim milk.  Standardization of the milk, where the cream and skim milk are reblended to create a “standardized” milk with a desired fat percentage for the product being made. 

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Aplicaciones8

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Aplicaciones

Fuente: Ing. Jairo Velasco

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Ventajas / Limitaciones 

Ventajas:  Gran Exactitud  Gran Rangeabilidad  Flujo Bi direccional.  No requiere tramos rectos de tubería  Factor de calibración universal.  Múltiples medidas  Fluidos viscosos, no newtonianos  Gases C.COTRINO-NOV-2011

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Ventajas / Limitaciones 

Limitaciones: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦

Costo alto Costo de instalación alto Rango de temperatura limitado Restricción en fluidos bifásicos Peso Caída de presión Vibración

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Especificaciones ..\Soporte\Especificaciones\E+H coriolis massflowmeter.pdf  ..\Soporte\Especificaciones\ISA_TR20_00 _01_2001_ Coriolis.pdf  ..\Soporte\Especificaciones\Micro_Motion _Tube.pdf  ..\Soporte\Especificaciones\Micro_Motion _Transmitter.pdf 

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Referencias 1.

2.

3. 4. 5. 6.

Micro Motion. F-Series Coriolis Flow and Density Meters Product Data Sheet PS-00603, Rev. E. June 2007. Micro Motion. Model D and DT Mass Flow and Density Sensors Product Data Sheet. PS-00388, Rev. B. March 2005. Foxboro. I/A Series mass Flowmeters. PS 1-2B4 A. Micro Motion. Coriolis mass meters tutorial. Khrone. OPTIMASS 1300 - Product data Sheet. SIEMENS. Sitrans FC Transmitters. WS 080810.0. Siemens AG 2008

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Referencias 7.

Cheesewright R. et. al. The identification of external factors which influence the calibration of Coriolis massflow meters. Flow measurement and instrumentation.Vol 11. (2000) pages 1-10

8.

Micro Motion. AN-001203 Coriolis Flow Meters Improve Accuracy of Standardization Process in Milk Preparation. 2009.

9.

Endress and Hauser. Coriolis Mass Flow Measuring System Promass 80/83 A .TI 054D/06/en 2010

10.

Martin Anklina, Wolfgang Drahmb,, Alfred Riederb. Coriolis mass flowmeters: Overview of the current state of the art and latest research. Flow Measurement and Instrumentation 17 (2006) 317– 323.

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