7/26/2019 Tutorial Diseo de Medidores de Flujo

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SimQuim Tutorial: Diseo de Medidores de Flujo

Por: Javier Gan Rdz.

El propsito de este tutorial es dar introduccin del uso de la interfaz de simulacin del mdulo

Diseo de Medidores de Flujo, as como dar descripcin detallada de las opciones de ingreso de

datos y visualizacin de resultados; siendo llevado a cabo el anlisis bajo el manejo de algunos

ejemplos de diseo y anlisis de medidores de flujo.

Nota:Para la apertura del programa se requiere contar con una versin de Microsoft Office 2010 o 2013 (no

aplica la versin de prueba Microsoft Office STARTER incluida en las computadoras al ser adquiridas.)

El programa cuenta con una serie de comentarios ayuda que aparecen al seleccionar algunas

opciones y sirven para guiar al Usuario acerca del funcionamiento de las mismas. Adems, e

programa brinda mensajes que alertan al Usuario sobre algn valor errneo introducido, valores

omitidos o fuera de rango a fin de que al tratar de simular un escenario, el programa no de

resultados errneos.

A continuacin se presentar la descripcin de la nomenclatura en el manejo de colores de la

interfaz del programa (figura 1):

Fig. 1.- Nomenclatura de colores empleados.

Botn de opcin (negro: activado, blanco: desactivado)

Verde: Listas desplegables

Blanco: casilla de valor solicitado (obligatorio)

Casilla de seleccin (palomita:

activada, blanco: desactivada)

Gris: valor por default (valor fijo)

Azul: valores obtenidos o resultados

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El mdulo cuenta con una pantalla principal para la introduccin de datos, dos para la consulta

o referencia de ecuaciones y parmetros empleados por el programa y una para la seleccin de

modelos de vlvulas de control; dndose a continuacin detalle de cada una de ellas:

Pantalla de anlisis o diseo de Medidores

La pantalla de anlisis o diseo de medidores se encuentra dividida en 2 secciones, descritas a

continuacin:

La seccin superior est enfocada a la introduccin de todos los datos requeridos para e

clculo del medidor de flujo, es independiente de la seccin inferior e incluye las siguientes reas

(figura 2):

Datos de entrada

Datos de salida

Datos de la tubera

Datos del medidor

Lectura del medidor

Fig. 5.- Seccin superior de la Pantalla de anlisis y diseo de medidores.

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En la parte superior de la pantalla de anlisis o diseo de medidores se encuentran 4 botones,

de los cuales el botn Limpiarelimina cualquier dato ingresado y devuelve la pantalla a su estado

predeterminado, el botn Inicio cambia la pantalla actual a la pantalla de Introduccin de

datos, elbotn Simular procesa la informacin introducida para la posterior visualizacin de los

resultados obtenidos en la parte inferior de la pantalla y por ltimo el botnGraficargrafica los

resultados obtenidos si una simulacin exitosa es llevada a cabo.

Esta parte superior de la pantalla muestra 3 modalidades diferentes para la introduccin de

datos requeridos dependiendo de que variable a calcular se tenga seleccionada; mostrando del

mismo modo parte de los resultados obtenidos al ser llevada a cabo una simulacin, resultados

que son mostrados en las reas que no requeran introduccin de datos antes de la simulacin.

El rea datos de entrada incluye toda la informacin solicitada de la corriente de entrada; en la

cual al ser introducidos las condiciones de operacin de presin y temperatura, es mostrado en

la parte inferior inmediata el estado o fase de la corriente a modo de referencia.

El rea datos de salida proporciona la presin de salida del flujo despus del medidor as como

la cada de presin generada por el medidor.

El rea datos de la tubera solicita la informacin del material y diseo de la tubera en la cua

se encuentra instado el medidor.

El rea datos del medidor proporciona diferentes tipos de medidores y tomas a poder

seleccionar, reflejndose en la pantalla la imagen del medidor de flujo seleccionado; solicitando

adems el valor del dimetro del cuello u orificio del medidor de flujo.

El rea lectura del medidor dependiendo de qu variable a calcular se tenga seleccionada, o

proporciona la cada de presin medida por el medidor de flujo y la altura de lquido en caso de

tenerse conectado un indicador de regleta al medidor de flujo; o solicita ya sea la altura del

lquido (figura 3) o la cada de presin medida (figura 4) dependiendo de qu botn de opcin

se tenga seleccionado.

Fig. 3.- Botn de altura de lquido activada. Fig. 4.- Botn de presin medida activada.

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La seccin inferior (figura 5) muestra los resultados al llevarse a cabo una simulacin

exitosa tanto de las propiedades y condiciones de operacin de la corriente de entrada como

los clculos referentes al medidor de flujo; requirindose la seleccin del botn Graficar a fin de

poder visualizar los datos graficados en la grfica.

Fig. 5.- Seccin inferior de la Pantalla de anlisis y diseo de medidores.

Pantalla de Referencia de Ecuaciones

La pantalla de Referencia de ecuaciones proporciona en su inicio una lista de links que re-dirigen

a los temas descritos al ser seleccionados (Figura 6). Cada tema da descripcin detallada de lasecuaciones empleadas por el programa, parmetros empleados y referencias bibliogrficas

donde pueden ser consultadas las ecuaciones y parmetros; adems de incluir grficas (figura

7) de las cuales el programa hace uso para la toma de valores requeridos (el programa hace uso

de interpolacin doble para la obtencin de los valores de grfica).

Fig. 6.- Links de referencia de ecuaciones. Fig. 7.- Imgenes con zoom de vista requerido.

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Toda la informacin proporcionada de ecuaciones, parmetros y referencias bibliogrficas, ha

sido tomada de libros, manuales y estndares reconocidos; siendo de amplio uso en la

industria qumica y petroqumica. Adems, se ha hecho uso de las versiones ms actuales de

las referencias bibliogrficas contenidas.

Pantalla de base de datos

La pantalla de base de datos es complemento de la pantalla de referencia de ecuaciones (figura

8); la cual provee al usuario de todos los parmetros y valores requeridos por las ecuaciones

empleadas en el programa para el clculo de propiedades termodinmicas y el diseo de

equipos.

Fig. 8.- Pantalla de Base de datos.

En la parte inferior de cada una de las tablas que conforman la base de datos, se encuentra la

referencia bibliogrfica de donde se obtuvieron los parmetros; pudiendo el usuario hacer uso

de estos parmetros y las ecuaciones proporcionadas en la pantalla de referencia de ecuaciones

para llevar a cabo la comprobacin manual de los clculos o resultados generados por el

programa.

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Ejercicio 1

Este ejercicio fue tomado del ejemplo 7-30 en conjunto con el 7-31 de Crane (Flow of fluids

through valve, fittings and pipe) 2010; el cual solicita sea encontrado el dimetro interior del

medidor de flujo que genere una lectura de diferencial de altura de lquido en el indicador de 4

pies (figura 9) y la cada de presin total generada por el medidor.

Fig. 9.- Diseo de medidor de flujo tipo tobera.

Dado que lo que se busca encontrar es el dimetro interior del medidor de flujo, es necesario

seleccionar la variable a calcular dimetro del orificio. A continuacin se procede a introducir

los datos de entrada, datos de tubera y de lectura del medidor; con respecto al rea de lectura

del medidor, dado que tenemos una lectura en diferencial de altura de 4 pies, es necesario

activar el botn de opcin que se encuentra a la derecha del recuadro de introduccin de Zaltura

como muestra la figura 10.

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Fig. 10.- Introduccin de datos.

Una vez introducidos los datos, se selecciona el botn simular a fin de poder apreciar los

resultados obtenidos (figura 11).

Fig. 11.- Visualizacin de resultados

Una vez simulado el escenario, son mostrados en azul algunos resultados importantes como el

dimetro interno del medidor (D.O.) de 2.41, la cada de presin medida (Pmedida) o registrada

de 1.725 lb/plg2y la cada de presin total (Pfinal) generada por el medidor de 1.23 lb/plg2.

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De igual manera si se desea se pude desplazar la pantalla a su seccin inferior a fin de apreciar

resultados ms detallados sobre los clculos llevados a cabo (figura 12).

Fig. 12.- Visualizacin de resultados a detalle.

Ejercicio 2

Este ejercicio fue tomado del ejemplo 7-23 de Crane (Flow of fluids through valve, fittings and

pipe) 2010; el cual solicita sea encontrado el flujo que genere una lectura de diferencial de altura

de mercurio en el indicador de 4.4 pulgadas (figura 13).

Fig. 13.- Diseo de medidor de placa de orificio.

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Para llevar a cabo solucin a este ejercicio, es necesario hacer uso de la variable a calcular flujo

a fin de poder introducir la informacin de diferencial de altura y dimetro de orificio

proporcionadas (figura 14).

Fig. 14.- Introduccin de datos haciendo uso de la variable a calcular flujo.

Al introducir la informacin se simul el escenario y posteriormente se grafic; obtenindose

un flujo de 105.6 gal/min que generan la lectura de 4.4en el medidor de regleta (figura 15)

Fig. 15.- Lectura de flujo volumtrico

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Ejercicio 3

Este ejercicio fue tomado del ejemplo 7-29 de Crane (Flow of fluids through valve, fittings and

pipe) 2010; el cual solicita sea encontrado el flujo que genere una lectura en el transmisor-

indicador de 2.5 lb/plg2(figura 16).

Fig. 16.- Diseo de medidor de placa de orificio.

Como se puede apreciar este ejercicio es muy similar al ejercicio 2 de este tutorial donde se

solicita encontrar el flujo volumtrico que genere una lectura de cada de presin de 2.5 lb/plg2;

por lo cual se har uso de la variable a calcular flujoy se activar el botn de opcin que se

encuentra a la derecha de la casilla Pmedidapara introducir la cada de presin (figura 17).

Con respecto a que lquido se debe seleccionar en el rea Lectura del medidor, se debe aclararque para los fines de este ejercicio es indistinto que tipo de lquido se seleccione ya que no tiene

efecto en los resultados obtenidos por estar desactivada la casilla Zaltura.

Fig. 17.- Introduccin de datos haciendo uso de la variable a calcular flujo.

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Una vez introducida la informacin se simul y grafic el escenario obtenindose una lectura en

los resultados de 132 gal/min (figura 18) y una grfica que muestra el aumento gradual de la

cada de presin medida y final con respecto al cambio que se tendra si se aumentara el flujo

volumtrico; por lo cual este medidor de placa de orificio de 2de dimetro interno es capaz de

manejar hasta 600 gal/min antes de presentar choked flow.

Fig. 18.- Lectura de flujo volumtrico

Ejercicio 4

Un tubo venturi ha sido instalado en una lnea de transporte de cloruro de vinilo para su

medicin; el medidor tiene un dimetro interno en el cuello de 1.8 y se requiere saber cul es

la cada de presin total generada por el medidor (figura 19).

Fig. 19.- Diseo de medidor tubo venturi.

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Dado que lo que se busca obtener es la cada de presin, primeramente es necesario activar la

variable a calcular cada de presin; despus dado que el medidor posee una seccin

convergente fundida y una seccin divergente con un grado de divergencia de 7, es necesario

seleccionar el tipo de medidor tipo A @ 7; esto en conformidad con la nomenclatura

proporcionada en la ventana de Ayuda de este programa (figura 20).

Fig. 20.- Introduccin de datos para medidor tubo venturi.

Al simular el escenario se obtiene un valor de cada de presin total o final de 0.38 Kg/cm2y una

grfica que muestra que el flujo manejado para el actual tamao del medidor se encuentra muy

cerca de su lmite de flujo mximo o choked flow.

Fig. 21.- Lectura de cada de presin final para medidor venturi.

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Comentarios

El mdulo Diseo de medidores de flujo brinda la capacidad para determinar ya sea la cada de

presin generada por placas de orificio, toberas de flujo y tubos venturi, el flujo volumtrico o

msico requerido para generar determinada cada de presin o el dimetro interno del medidor

necesario para poder manejar determinado flujo y cada de presin deseadas.

La capacidad y versatilidad proporcionada por el programa permite a estudiantes, catedrticos

e ingenieros el fcil clculo o diseo de medidores de flujo de presin diferencial tanto para el

manejo de lquidos como de gases.

El desarrollo del programa fue llevado a cabo tomando como referencia de comprobacin de

clculos y resultados el Manual TP-410 de Crane y el software Flow of Fluids proporcionado por

Crane Co.