Martes 21 de Septiembre de 2021       •      Dólar= $788,10      •      UF=$30.052,36       •      UTM=$52.631
Agujeros de drenaje en placas orificio
Efectos sobre el coeficiente de descarga

Cuando una placa orificio es utilizada para medir el flujo de un gas, la presencia de pequeñas cantidades de líquido puede significar un problema en la medición si no se toman las medidas necesarias para que el líquido pase la placa, sin que éste se quede atascado contra la obstrucción de la placa aguas arriba, produciendo errores en la medición del flujo. Para estos casos, la solución más utilizada es proporcionar a la placa de agujeros a su alrededor, y así drenar la placa permitiendo que los líquidos presentes en una corriente de gas puedan pasar a través de ella.

Esta solución permite a bajos costos solucionar el problema de estancamiento de líquidos, pero los estudios indican que afectaría de forma significante la precisión de la información y la validez de la medición, lo que ha impedido su masificación en la industria.

Las aplicaciones donde este tipo de implementación sería beneficiosa son:

Medición de Gas en los que exista presencia de hidrocarburos líquidos que puedan ser arrastrados, causando errores en la medición en la zona de la obstrucción.

Medición de Gas en el que el agua de limpieza del compresor debe pasar por el medidor (placa).

Medición de vapor condensado.

fiel1.jpg (6308 bytes)
Figura 1.

Para verificar el rendimiento de las placas orificio con agujeros de drenaje, se realizaron una serie de pruebas con agua y gas seco (nitrógeno). Los datos obtenidos fueron utilizados para obtener una nueva ecuación para calcular el coeficiente de descarga en las placas orificio con agujeros de drenaje (Drain Holes). El coeficiente de descarga debió corregir la masa en la ecuación de flujo, para así considerar situaciones no ideales como la fricción y la desviación del flujo idealizado.


Método

En la Figura 1 es posible ver una placa orificio con agujeros. Esta placa va instalada en los flanjes, utilizando los agujeros alrededor de la circunferencia de la placa. La línea discontinua de la figura muestra visiblemente el diámetro interior del tubo o el área de la placa que ha sido expuesta al fluido dentro de la tubería.

El efecto de los agujeros de drenaje en el rendimiento de la placa orificio fue evaluado en un rango de diferentes parámetros, los que incluyen:

Diámetro, ß (= relación del diámetro del orificio, d, con la pipa de diámetro, D)

Diámetro del orificio de drenaje, dh

Diámetro de la tubería, D

Espesor de la placa orificio, E

Número de Reynolds de la tubería, ReD

Posición de las tomas de presión.

Para la evaluación de un orificio de 4 pulgadas con tomas en las flanges, fue utilizada una placa orificio con ß = 0.4, 0.6 y 0.75. Todas estas placas tenían un espesor (E) de 3mm. Parecería razonable asumir que placas con mayor grosor podrían significar una diferencia, dado que el flujo a través de los agujeros de drenaje, es más propenso a reatascarse en una placa de mayor grosor (en relación al Dh) que en una más delgada, por lo que también fue considerado en la evaluación una placa con ß = 0,6 y E = 5 mm.

El máximo valor admisible de Dh/d bajo la norma ISO/TR 15377 es 0.1, por lo que dh = 0.1d fue testeado conjuntamente con dh = 0.07d, y cuando fuese posible, con valores mayores de dh.

Los agujeros de drenaje (como los orificios) fueron insertados mediante electroerosión (a veces llamado descarga eléctrica mecanizada), ya que así se produce un borde adecuadamente afilado.

Todas las placas con los agujeros de drenaje fueron probadas en agua sobre un rango de números de Reynolds. Sin embargo, para examinar si existe un efecto con los números de Reynolds, los datos donde dh:0,1 fueron obtenidos con gas seco (nitrógeno) a 20 y 60 barg. El efecto del número de Reynolds en el cambio del coeficiente de descarga resultó ser insignificante (ver figura 2).

fiel2.gif (18960 bytes)
Figura 2. Coeficiente de descarga como una función del número de Reynolds (función escogida para linearizar la información) para una placa orificio (4 pulgadas, ß = 0,6) con agujeros de drenaje (dh/d= 0.1) y sin agujeros de drenaje. Los datos de una placa de orificio sin agujeros de drenaje se encuentran todos dentro de los límites de incertidumbre de la norma ISO 5167, denotado por las líneas discontinuas. (60 bar y 20 puntos de barra de datos son los datos de gas seco), mientras que con los agujeros, se encuentran significativamente fuera de ella.

Figura 2. Coeficiente de descarga como una función del número de Reynolds (función escogida para linearizar la información) para una placa orificio (4 pulgadas, ß = 0,6) con agujeros de drenaje (dh/d= 0.1) y sin agujeros de drenaje. Los datos de una placa de orificio sin agujeros de drenaje se encuentran todos dentro de los límites de incertidumbre de la norma ISO 5167, denotado por las líneas discontinuas. (60 bar y 20 puntos de barra de datos son los datos de gas seco), mientras que con los agujeros, se encuentran significativamente fuera de ella.

Para determinar el efecto de diámetro de la tubería en un orificio de 8 pulgadas, con tomas en las flanges y las esquinas, fueron testeadas 2 placas orificio ß = 0,42 y 0,6. Se efectuaron simulaciones de dinámica de fluidos computacionales (CFD) para evaluar el efecto de la variación de los parámetros tales como el tamaño del orificio, la posición de las tomas de presión y el efecto en el valor del coeficiente de descarga.


Análisis y resultados

Los datos de prueba para todos los ß fueron analizados y la siguiente ecuación fue obtenida para determinar el cambio porcentual en el coeficiente de descarga para E/D: 0.03.

fiel4.gif (3885 bytes)

Donde,

S: Cambio porcentual en el coeficiente de descarga

L’2 : Distancia desde la cara posterior de la placa hasta la toma de presión aguas abajo, dividido por D.

a: Es el ángulo en grados (°) entre la toma de presión y el radio desde el centro de la tubería hasta el centro del agujero de drenaje y,

fiel5.gif (2185 bytes)

Esto ha sido calculado sobre la base de que ß permanece igual a d/D, en lugar de incorporar el diámetro del agujero de drenaje en el orificio de la placa, como lo define el informe técnico ISO/TR 15377.

Para E/D=0,05 S se debe multiplicar por 1,06.

La figura 3 muestra la variación en el coeficiente de descarga para diferentes posiciones de las tomas, modelado mediante la utilización de (CFD). El diagrama ilustra el efecto del diámetro de la tubería en el coeficiente de descarga y un efecto escalar no lineal. La posición de las tomas en "A" muestran el coeficiente de descarga para una tubería de 4 pulgadas usando tomas en las flanges (a una pulgada de distancia desde las caras "aguas arriba" y "aguas abajo" de la placa orificio), mientras que la posición de las tomas en "B" nos muestra el coeficiente de descarga para una tubería de 8 pulgadas. En este caso, el mover la toma de presión aguas abajo alrededor de la circunferencia de la tubería causará una variación en el coeficiente de descarga de más de 2%.

fiel3.jpg (17416 bytes)
Figura 3.

Artículo Gentileza de Fieldata Industrial.
www.fieldata.cl
Marzo 2011
.......
Comentarios acerca de este artículo
No hay comentarios publicados
Comenta este artículo
Nombre:
Empresa:
Email:
Comentario:
Notificarme de actividad en este artículo
Ingrese los caracteres de la imagen:
Desayunos
LA MODERNIZACIÓN TECNOLÓGICA DEL SECTOR MINERO: Avanzando hacia la digitalización
AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL: Digitalizar los procesos productivos, la clave para el futuro
LA INDUSTRIA ELECTRÓNICA EN CHILE: Construir redes para fortalecer el ecosistema
Contáctenos
Dirección: José Manuel Infante 919, Of. 203,
Providencia, Chile
Teléfono: (562) 2433 5500
Email: info@emb.cl
Visite también:
© Copyright 2019 Editora Microbyte Ltda.