• Author / Uploaded
• Bruninho Gonzáles

• Categories
• Ultrasonido
• Efecto Doppler
• Sonido
• Fenomeno fisico
• Física Aplicada e Interdisciplinaria

Citation preview

Medidores de Flujo Ultrasónico Integrantes:

Bismark Roca Claure Janeth Padilla Calderón

Definición: • El término ultrasonido hace referencia a las ondas sonoras a frecuencias más altas que las que quedan dentro del alcance del oído humano, es decir, a frecuencias superiores a los 18 Khz aproximadamente. • Los medidores de flujo ultrasónico de tiempo en tránsito son instrumentos cuyo objetivo es la medición del caudal a través de la cuantificación de la velocidad de flujo.

• Las ondas ultrasónicas pueden atravesar sin dificultad las paredes metálicas de tubo y recipientes. Esto quiere decir que el sistema de medición entero puede montarse por ejemplo en el exterior de un fluido, es decir, es no invasor. Esto es muy importante con fluidos hostiles, o sea, aquellos con propiedades corrosivas, radioactivas, explosivas o inflamables. Tampoco existe la posibilidad de que ocurra obstrucción con fluidos sucios o pastas aguadas.

Tipos de Medidores Ultrasónicos Medidores ultrasónicos por impulsos • Los medidores de flujo ultrasónicos de tiempo (transit time) están basados en el principio de que el tiempo de tránsito de una señal acústica a lo largo de una trayectoria conocida es constante y solo puede ser alterado por la velocidad del fluido en que se desplaza.

Medidores ultrasónicos utilizando el efecto Doppler • Los medidores ultrasónicos de tipo Doppler utilizan el concepto de que, si se deja pasar el ultrasonido en un fluido en movimiento con partículas, el sonido será reflejado de nuevo desde las partículas.

Medidores ultrasónicos de Tiempo (o por Impulsos) • Los medidores de flujo ultrasónicos de tiempo (transit time) están basados en el principio de que el tiempo de tránsito de una señal acústica a lo largo de una trayectoria conocida es constante y solo puede ser alterado por la velocidad del fluido en que se desplaza. • Son los más precisos y se utilizan preferentemente con líquidos limpios, aunque algunos tipos permiten medidas de líquidos con cierto contenido de partículas y gas

Ejemplo: • Medidor Ultrasónico de Flujo de 8 haces, modelo: LEFM280 C/Ci. Este medidor es ideal para la medición de hidrocarburos y sus derivados en aplicaciones de transferencia de custodia o medición fiscal donde las condiciones de operación son extremas o se presentan perfiles de flujo complicados. Cuenta con ocho haces ultrasónicos colocados en dos planos colocados a 90 grados.

Características del medidor de flujo: • • • •

Sin partes móviles Bajo costo de mantenimiento Probables con probadores fijos o compactos Alta confiabilidad y repetibilidad

• • • • • • •

Aplicaciones Hidrocarburos y sus derivados Gas licuado de petróleo Sistemas de detección de fugas Carga y descarga de barcos (tierra y barco) Sistemas de agua Otras aplicaciones donde la exactitud y la confiabilidad son de vital importancia (favor de consultarnos)

Datos Técnicos • Linealidad: ± 0.15 % sobre el valor del flujo nominal, con el acondicionamiento de flujo recomendado • Repetibilidad: ± 0.02 % • Rango de Flujo Nominal • 10:1 o mayor para tamaños de 4 in. á 8 in. (DN100 á DN200) • 15:1 o mayor para tamaños de 10 in (DN250) en adelante • Tamaños: 4 á 40 pulgadas (DN 100 á DN 1000) • Electrónica ▫ Compacta – montada sobre el medidor en caja NEMA 7/4X con display local ▫ Remota – para montaje en campo en caja NEMA 4X o caja NEMA 7 (hasta 300 metros) • Presiones de diseño ANSI B16.5 con cara alzada: clase 150, 300, 600, 900 y 1500 • Comunicación: 2 x ModBus RTU: RS-232 y RS-485 (hasta 1'200 metros)

Medidores ultrasónicos utilizando el efecto Doppler • Los medidores ultrasónicos de tipo Doppler utilizan el concepto de que, si se deja pasar el ultrasonido en un fluido en movimiento con partículas, el sonido será reflejado de nuevo desde las partículas. La variación de frecuencia del sonido reflejado será proporcional a la velocidad de las partículas.

Principio de Medida (Tiempo en Tránsito) • Señales ultrasónicas son enviadas en forma alterna y en contra de la dirección del flujo. Se transmiten y reciben ráfagas de energía ultrasónica de forma intermitente a través de direcciones definidas en la corriente del flujo. La velocidad de flujo se obtiene de la diferencia entre los tiempos de llegada, de las señales de los transductores, aguas arriba y aguas abajo. La diferencia de tiempo en tránsito (∆t = t2/1t1/2) determina el promedio de velocidad de flujo.

Diferencia en el tiempo de transito • El sonido viaja más rápidamente a favor del flujo que contra el flujo. La diferencia entre ambos tiempos de tránsito es proporcional a la velocidad media del flujo.

Sección de medición en el plano de la línea de medición

Determinación de la Velocidad de Flujo • Dos transductores transmiten y reciben una señal ultrasónica que viaja a lo largo de la línea de medición que forma un ángulo α con el eje longitudinal de medición • Donde: • D = Diámetro de la tubería • L = Longitud de la trayectoria acústica (línea de medición) • Vm = Velocidad media del flujo • Cm = Velocidad del sonido en el líquido

Determinación de la Velocidad de Flujo • Tiempo de tránsito = longitud de la trayectoria acústica/Velocidad media [μs] • Sensor aguas abajo A → B • TA→B = L/(C+V*cosα) [μs] • Sensor aguas arriba B → A • TB→A = L/(C-V*cosα) [μs]

Velocidad Promedio • V = (L/2*cosα)(TB→A – TA→B/ TB→A * TA→B) [m/s] • Flujo Volumétrico • (qv) = A(Área) * v(velocidad del flujo) [m3/s] • qv = [πD3/4sen(2α)](TB→A – TA→B/ TB→A * TA→B) [m3/s]

Instalación Típica

La figura nos muestra los requerimientos de tubería recta expresados en función del diámetro de la tubería (L/D). La longitud equivalente (L/D) de tubería recta de 10 con acondicionador de flujo aguas arriba del medidor y 5 diámetros aguas abajo del medidor debe proporcionar un perfil de velocidades acondicionado de manera efectiva. Sin embargo, cada coso debe ser estudiado individualmente por el fabricante para el mejor comportamiento del medidor.

Principales ventajas de los medidores ultrasónicos: • • • • •

• • • •

Son fáciles de transportar. Su instalación es rápida y sencilla. Se instalan en cualquier tipo de tubería. Son equipos de alta precisión, independientemente del perfil de velocidad, magnitud del flujo y temperatura del fluido. Son bidireccionales, capaces de medir el flujo en ambas direcciones. Son no-intrusivos, por lo que los transductores no deben estar en contacto con el flujo. La calibración de campo generalmente no es necesaria. Si costo es casi independiente del tamaño del conducto donde se instale. El equipo no utiliza pares móviles y es muy fácil de utilizar.