5/24/2018 IEEEProbador

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El Probador Bidireccional de Esfera, Concepto yPrincipio de Funcionamiento

Jonhatan H. Bernal Salinasjonhbs@yahoo.com

Jhon Fredy Ramirez Bejaranoancelotjfrb@hotmail.com

ResumenExisten muchos tipos de probadores para medido-res de flujo como lo son por ejemplo los probadores unidireccio-nales de pistn o esfera, los probadores para volmenes pequeossmall prover y los probadores bidireccionales de esfera. Sobreeste ultimo enfocaremos el documento, explicando cual es suconcepto y su principio de funcionamiento, el por qu del diseoy configuracin de tubos y vlvulas en la construccin de unprobador de este tipo y la manera en que se utilizan para laverificacin de caudalmetros o medidores de flujo.

Index TermsCaudalimetros, Principio de Desplazamiento,Valvulas, Flujo

I. INTRODUCCIN

El hecho de que un probador sea de desplazamiento bidi-reccional, supone una gran ventaja sobre los Unidireccionalesy ms si su operacin es automtica, debido a que al serbidireccional permite un gran nmero de carreras de pruebasconstantes una tras de otra y por largos tiempos sin necesidadde esperar a que el desplazador se devuelva a su posicininicial para iniciar un nuevo conteo. No importa la direccin

del desplazamiento pues ya sea en un sentido o en otro, alpasar la esfera por los detectores se inicia una corrida deprueba y el conteo dentro del volumen calibrado. Lo anteriores una de las razones del porque la forma del diseo de estetipo de probadores como lo veremos posteriormente.

II. PRINCIPIO DEOPERACIN OFUNCIONAMIENTO DEUN PROBADORB IDIRECCIONAL

Su operacin se basa en el principio de desplazamiento.En la pgina de internet http://www.ltssales.com/Prover.aspxse puede ver una animacin que ayuda a entender el funcio-namiento del probador. As que de acuerdo al principio de

desplazamiento, su funcionamiento es el siguiente[4]Inicia el flujo en la lnea principal y el fluido pasa porel medidor (Figura2). Se abren las vlvulas de entraday de salida del probador y se activa el bloqueo de flujocerrando la vlvula en la lnea principal (Figuras 3, 4,5). Lo anterior se realiza para permitir el flujo a travsdel probador sin interrmpir el curso normal de este. Deesta manera entra en funcionamiento el probador para laverificacin del medidor.El fluido que acaba de pasar por el medidor (o lo que esmenos comn, el fluido que va en camino al medidor)empuja a la esfera, en un probador compacto, a lo largo

Figura 1. Probador Bidireccional de Esfera (Calibracin de un probadobidireccional. CENAM. p 2)

Figura 2. Flujo en la lnea principal a travs del medidor

del probador. La esfera realiza un sello hermtico contrla pared del probador.Al entrar la esfera a la seccin de volumen conocidoun sensor detecta su proximidad y enva una seaelctrica que abre una compuerta electrnica para admitiy contar los pulsos que son emitidos por el medidor bajocalibracin.Cuando la esfera abandona la seccin de volumen conocido entonces un segundo sensor de proximidad enva

http://www.ltssales.com/Prover.aspxhttp://www.ltssales.com/Prover.aspx

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Figura 3. Apertura vlvula de entrada del probador

Figura 4. Apertura vlvula de salida del probador

la seal elctrica para cerrar la compuerta electrnica y

finalizar el conteo de pulsos.Despus de realizar las correcciones pertinentes se com-para el total de pulsos acumulados durante el viaje de iday vuelta de la esfera contra el volumen base del probador(round trip volume).En los probadores bidireccionales el problema de retornara la esfera al punto de partida se resuelve por medio deuna vlvula de 4 vas, con la cual se puede invertir elflujo que pasa por el probador sin interferir con el flujo

Figura 5. Bloqueo de flujo en la lnea principal

Figura 6. Apertura de la vlvula de cuatro vas

Figura 7. La esfera recorre la seccin de volumen conocido

uniforme que pasa a travs del medidor bajo calibracin

Para evitar golpes hidrulicos, la vlvula de 4 vas sedisea de tal forma que el paso de fluido no se veinterrumpido en ningn momento durante la operacinde la vlvula (ver figura10).En estas condiciones, la esfera empieza a moverse haciala zona de volumen conocido mientras la vlvula de4 vas continua girando; bajo estas circunstancias enecesario estar seguros que la vlvula de 4 vas haya

Figura 8. La esfera apenas activa el segundo sensor de proximidad indicque ha salido de la seccin de volumen conocido

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Figura 9. Se comparan los pulsos contados de ida y vuelta

Figura 10. Funcionamiento de la vlvula de cuatro vas (Calibracin de unprobador bidireccional. CENAM. p 3)

finalizado su movimiento antes de que la esfera alcance elprimer sensor. Para asegurar que suceda esto, se deja unaporcin de tubo sin calibrar entre la posicin de reposode la esfera y el detector, a esta porcin del probador

se le conoce como seccin de pre-corrida o tramo dellegada.1

Para no invalidar la comparacin entre el probador y elmedidor bajo calibracin, es imprescindible garantizar quetodas las vlvulas instaladas entre el medidor de volumen y elprobador tengan un cierre hermtico. En el MPMS de API serecomienda que todas las vlvulas tengan un mecanismo deverificacin de hermeticidad, y que las vlvulas de bloqueo,incluida la vlvula de 4 vas, posean doble sello.

III. ACCESORIOS Y CARACTERISTICAS DE UNPROBADORBIDIRECCIONAL DEESFERA

Refiriendonos directamente al Manual de Medicin de Hi-drocarburos capitulo 4, Sistemas Probadores, los probadoresbidireccionales tienen los siguientes accesorios y caracterisiti-cas (ver figura 6):

Al menos una tapa de apertura rpida (instalada en lacmara de lanzamiento de la esfera), con dispositivoindicador de presin, con capacidad que cubra la mximapresin del sistema.Vlvulas de venteo en los puntos ms altos de las cmarasde lanzamiento.

1En el Manual de Medicin de Hidrocarburos a esta parte tambin se lellama Tubera de carrera previa del probador.

Figura 11. Accesorios Probador Bidireccional de Esfera (Manual dMedicin de Hidrocarburos, capitulo 4, Sistemas Probadores)

Vlvulas de alivio trmico en la salida del probador.Vlvulas de drenaje en los puntos ms bajos fuera de laseccin calibrada y en las cmaras de lanzamiento.Transmisores de presin y temperatura, manmetros (op

cional) y conexin para termmetro certificados en lentrada y salida del probador. En el caso especificde nestro probador bidireccional se podria prescindiinicialmente de estos elementos, asi como los sensorede temperatura, debido a que inicialmente el probador seutilizar para verificar los caudalmetros por ultrasnidoy como vimos antes: el mtodo de medir el caudal o lavelocidad del fluido en el tubo por el tiempo de transito

de la seal ultrasnica es independiente de factores como

la temperatura, la presin y la composicin del fluido

Sin embargo tal vez si se instalen sensores y transmisores de presin para controlar esta variable dentro deprobador.

Conexiones permanentes para re-calibracin en campo.Esfera elastmera2, los materiales empleados en la construccin de esferas elastmeras varan de acuerdo a lasaplicaciones para las cuales son usadas, las de uso comntienen tres materiales bsicos, neopreno, nitrilo y uretanocomo ya se dijo, estas son las encargadas de activar loswitches del detector y transportar el volumen de lquidocalibrador.Detectores de esfera (2 4).Se deber proteger el probador internamente con materiaque proporcione un acabado slido, suave y durablereduzca la corrosin y prolongue la vida til tanto dedesplazador como del probador.

Cmaras de lanzamiento que envan la esfera en lcorrida de prueba, como tambin desaceleran la mismaal llegar a ellas.Tuberia de carrera previa del probador (o seccin de prerecorrida o tramo de llegada): El volumen interno de latubera de carrera previa del probador debe permitir ala mxima rata de operacin el suficiente tiempo a lavlvula de cuatro vas para hacer sello completo ante

2Los elastmeros son aquellos polmeros que muestran un comportamientoelstico. El trmino, que proviene de polmero elstico, es a veces intercambiable con el trmino goma, que es ms adecuado para referirse a vulcanizados(http://es.wikipedia.org/wiki/Elast%C3 %B3mero)

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que la esfera acte los switches, asegurando que el fludoregistrado por el medidor este pasando completamente atravs de la seccin calibrada del probador. La longitudde la carrera previa se calcula de la siguiente forma:

LongCP =

CicloV al

2+ 0, 5seg

Vesfera (1)

Donde: LongCP: Longitud carrera previa, CicloV al:Ciclo de la vlvula de 4 vias en segundos, Vesfera:Velocidad de la esfera o desplazador. La carrera previase mide desde el punto donde se reduce la tubera y elsitio donde esta instalado el detector.La seccin de volumen calibrado en el probador es lacomprendida entre los switches detectores y se comparacon el volumen registrado en el Medidor bajo prueba;de sta relacin resulta el factor de correccin llamadoFACTOR DEL MEDIDOR.El volumen base calibrado es la suma de los volmenesen ambas direcciones entre detectores (Ver Figura 4 y 6).

Aunque el rango de flujo de los probadores bidireccionales es

funcin del espesor de tubera, de la velocidad de la vlvulade 4-vas y, especialmente desde el punto de vista prctico, dela velocidad mnima (0.5 pies/seg.) y mxima (5 pies/seg.) dela esfera, el tamao de probador se puede estimar a partir dela siguiente tabla [1]:

Probador Bidireccional

Tamao TuboProbador Tamao Cmara de

LanzamientoRango de Flujo

[Pulgadas] [Pulgadas] BPH4 8 30-3006 10 65-6508 12 110-1100

10 14 180-1800

12 16 250-250014 18 300-300016 20 410-410018 24 500-500020 24 650-650024 30 930-930030 36 1100-11000

Cuadro IPROBADOR BIDIRECCIONAL(M ANUAL DEMEDICIN DE

HIDROCARBUROS, CAPITULO4. P 17 )

IV. CITERIOS PARA LACONSTRUCCIN

En el documento API MPMS capitulo 4 seccin 2 ProvingSystems - Displacement Proversse habla especficamente deeste tipo de probadores y debe ser construido de acuerdo conesa norma teniendo como base los siguientes criterios [1]

1. El nmero de pulsos generados para el volumen comple-to no ser inferior a 20,000 pulsos (equivalente a 10,000pulsos entre detectores de esfera).

2. Para medidores de flujo con baja resolucin de pulsosse puede utilizar el mtodo de interpolacin de pulsosdescrito en el API MPMS 4.6 Proving Systems PulseInterpolation para obtener el valor de 0.01 % pulsos deresolucin.

3. La resolucin del conjunto detector/esfera en la calibracin del probador, deber ser tal que el conjuntoasegure una repetibilidad que no exceda el 0.02 % entrel volumen mayor y menor obtenido en 5 corridaconsecutivas de calibracin del probador.

4. Para probadores de pequeo volumen o aquellos quusen mtodos de interpolacin se puede usar mtodoestadsticos.

5. Los probadores existentes poseen dos (2) detectores desfera (uno en cada extremo de la seccin calibrada) yun volumen de calibracin certificado.

6. Todos los probadores nuevos deben tener instaladocuatro (4) detectores de esfera (dos en cada extremo) ydos (2) volmenes calibrados certificados. El volumencalibrado entre los dos pares de detectores debe sesuficiente para permitir la identificacin del par ddetectores que estn siendo utilizados (la diferencia devolmenes calibrados no deber ser mayor a 0.05 %).

7. La mnima velocidad de la esfera ser de 0.5 pies/segy la mxima ser de 5 pies/seg.

8. El margen de incertidumbre sern de 0.04 % devolumen calibrado (incertidumbre expandida con unfactor de cobertura k=2).

9. El cambio de alguno de los dos optical switch (correspondientes a la cmara de medicin), obliga a calibrar eprobador. En este punto se tiene la misma consideracinde los probadores bidireccionales en el sentido de cambiar los switches, para este caso los del tipo pticosiempre en parejas, o cada vez que se haga calibracindel probador.

V. DIAGRAMA DEFLUJO

De acuerdo a la descripcin del principio de funcionamientodel probador bidireccional, bsicamente el diagrama de flujodel funcionamiento del probador sera como el mostrado en lFigura12.

REFERENCIAS

[1] Ecopetrol. Manual de Medicin de Hidrocarburos, Capitulo 4 - SistemaProbadores. Colombia. 2008

[2] Peter Syrnyk & Dave Seiler. Use liquid ultrasonic meters for custodtransfer. Estados Unidos. 2007

[3] Antonio Creus Sol. Instrumentacin Industrial. Ed. AlfaomegaMarcombo. 1999

[4] CENAM, Divisin Flujo y Volumen. Calibracin de un probador bidireccional. Mxico

[5] Endress+Hausser. Medicin de Caudal, Gua Practica: Tecnologas d

Medicin-Aplicacin-Soluciones. Estados Unidos. 2005[6] American Petroleum Institute. Manual of Petroleum Measurement, Ca4. API. Estados Unidos. 2003

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Figura 12. Diagrama de Flujo Probador Bidireccional