Medidores Ultrasónicos de GasMedidores Ultrasónicos de GasMedidores Ultrasónicos de GasMedidores Ultrasónicos de Gas

Ventajas del Medidor USVentajas del Medidor US

•Tamaños 4 to 36 inch.

•Transductores extraíbles.

•Bidireccionales.

•Sin partes Móviles.

•Autodiagnóstico.

•No presenta pérdida de carga.

•No intrusivo.

•Rangeabilidad elevada (1-80fps calibrado). (5-80fps sin calibracion)

•Repetibilidad de 0.2 %.

•Medición realizada electrónicamente.

•No requiere recalibración.

•Tolerante a falla: Medidor permanece relativamente exacto ante la

falla de una cuerda (<0.15%).

•Exactitud: 0.3% Calibrado , 0.7% Sin Calibracion.•Tolerancia a gas humedo.

Ventajas del Medidor USVentajas del Medidor US

24V Input Voltage Output

Protección

JuntasPiezoelectricoConductoreseléctricos

MaterialAbsorción

Transductor UltrasónicoTransductor Ultrasónico

Generador de pulsos

Receptor Detector

Clock

Lazo de señal de USM intrínsecamente seguro

Oscilador 100 MHz

120 kHz Señal de

Ultrasonido

Medición de Tiempo de TránsitoMedición de Tiempo de Tránsito

Tiempo de tránsitoTiempo de tránsitoTiempo de Tránsito = 0,004sTiempo de Tránsito = 0,004s

LFlow

X

D

Tiempo de Tránsito = 0,007sTiempo de Tránsito = 0,007s 0,003s0,003s

EcuacionesEcuacionesEcuacionesEcuaciones

Las velocidades de cada camino se determinan de

los tiempos de tránsito

Q = vA

EcuacionesEcuaciones

Cálculos para el SeniorSonicCálculos para el SeniorSonicMultipath significa medición múltiple de Multipath significa medición múltiple de velocidadesvelocidades

Multipath Meter

A

B

C

D Vavg = Wn Vnn=1

4

Vn =L (t1 -t2 )2x (t1 t2 )

2

ConclusionesConclusionesConclusionesConclusiones

La velocidad del gas es independiente de la velocidad del sonido.

El calculo de la velocidad del sonido no necesita la velocidad del gas.

Velocidad del sonido depende del medio (presion , temperatura, composición del gas).

Medidas del transit time son orden mS composición del gas no cambia.

Ambas velocidades solo dependen de la geometría y el buen calculo del TT.

Medidor UltrasónicoMedidor UltrasónicoSenior sobre perfiles de caudalSenior sobre perfiles de caudal

EcuacionesEcuacionesSe aplica AGA 7 a la corrección por P y T

Fórmula básica:

Flow

Base

Flow

Base

Base

FlowFlowBase Z

Z

T

T

P

PQQ

Cálculo de flujo no corregidoCálculo de flujo no corregidoCálculo de flujo no corregidoCálculo de flujo no corregido Este cálculo esta basado en un medidor Senior Sonic de cuatro cuerdas (chords)

Vm = Wa*Fwa+Wb*Fwb+Wc*Fwc+Wd*Fwd

Vm = Velocidad media ponderada por peso.

Wa= Ponderado de peso asumido a cuerda A.

Wb= Ponderado de peso asumido a cuerda B.

Wc= Ponderado de peso asumido a cuerda C.

Wd= Ponderado de peso asumido a cuerda D.

Fwa= velocidad de cuerda A.

Fwb= velocidad de cuerda B

Fwc= velocidad de cuerda C

Fwd= velocidad de cuerda D

Según adecuado perfil de flujo:

Wa= Wd= 0.1382

Wb= Wc= 0.3618

Cálculo de flujo no corregidoCálculo de flujo no corregidoCálculo de flujo no corregidoCálculo de flujo no corregido VEL= Vm* BGFctr.

BGFctr= Es una constante universal empírica del cálculo interno (dependiente del tamaño del medidor) optada al comprar la licencia del diseño del ultrasónico a British Gas.

Average Flow Velocity = FwdA0+(VELFwdA1)+(VEL*VEL*FwdA1)+(VEL*VEL*VEL*FwdA3).

Fwda= Factores de flujo de ecuación polinómica obtenida por Daniels. Por ejemplo el valor de A0 incluye los errores de medición geométrica y el A1 incluye los errores en la medición de transit time.

Flujo no corregidoFlujo no corregidoFlujo no corregidoFlujo no corregido

UnCorrFlwRt= Pipe Area*AverageFlowVelocity.

FlowRate=UncorrFlwRt*LinearMtrFctr.

Linear Mtr Fctr= Factor de Linealizacion del Medidor. Obtenido de calibracion húmeda en laboratorios externos (CEESI). Ver Linealización 10 puntos.

Diagnósticos internos del Diagnósticos internos del UltrasónicoUltrasónicoDiagnósticos internos del Diagnósticos internos del UltrasónicoUltrasónico

Ganancia: Gain

Calidad de la señal: Signal Quality

Ratio Señal/Ruido: Signal-to-Noise Ratio

Perfil de Velocidad: Velocity Profile

Velocidad del Sonido: Speed of Sound (SOS)

Discusión GananciaDiscusión GananciaDiscusión GananciaDiscusión Ganancia Monitoreo de la “salud” de cada cuerda (chord).

Indicación si la señal es débil o fuerte en los transductores.

Control de la ganancia es automática.

Rangos de ganancia varían de acuerdo al fabricante. Para Daniels : 50-180.

Ganancia es inversamente proporcional a la presión.

Ganancia es directamente proporcional a la velocidad. (< 50fps).

Contaminación en transductores aumentan la ganancia. Aún con deposición alta de 0.05 inch, el USM puede medir sin problemas.

Discusión GananciaDiscusión GananciaDiscusión GananciaDiscusión Ganancia

Contaminación puede impactar en la exactitud del medidor solo si es considerable. Con 0.025 inch exactitud de V es 0.32%.

Ganancia puede ser diferente “aguas arriba” que “ aguas abajo”.

Valor de ganancia alta: Problemas de ruido en el medidor, presión baja de operación ( <100 Psig), falla de alguna cuerda (chord).

Periódicos monitoreos de ganancia ayudan a diagnosticar la salud del medidor.

Medidor con trasductores Sucios y Medidor con trasductores Sucios y LimpiosLimpiosMedidor con trasductores Sucios y Medidor con trasductores Sucios y LimpiosLimpios

Profiler Ratio: (B+C)/(A+D)Profiler Ratio: (B+C)/(A+D)Profiler Ratio: (B+C)/(A+D)Profiler Ratio: (B+C)/(A+D)

Resúmen GananciaResúmen GananciaResúmen GananciaResúmen Ganancia

USM tiene la capacidad de controlar electrónicamente la ganancia

Fabricantes tienen diferentes valores (50-180 Daniels)

Contaminación algunas veces produce falla en sensores.

Contaminación puede cambiar la exactitud.

Contaminación es fácilmente detectable con monitoreo de la ganancia. ( Monitoreo al arranque de la ganancia a un determinado valor de presión y flujo).

Calidad de SeñalCalidad de SeñalCalidad de SeñalCalidad de Señal

Es una medición de confiabilidad no de la exactitud.

Nivel de aceptación o aborto de pulsos antes de actualizar la salida.

Este valor es reportado por cada par de transductores (chord).

Valor: 0% todos pulsos abortados. 100% todos pulsos aceptados.

Pulsos son abortados si ellos fallan lo especificado por el fabricante (demasiado débiles o con distorsión).

Medición de cuan buena es la detección de señal por cada cuerda (chord).

Calidad de Señal.Calidad de Señal.Calidad de Señal.Calidad de Señal.

Generalmente valor 100% en muy bajas velocidades.

Pulsos abortados no significa que la exactitud es baja.

Pulsos abortados pueden ser causados por varios factores: El porcentaje de aborto incrementa a altas

velocidades (>75fps). La contaminación puede incrementar el

porcentaje de aborto. Problemas en la electrónica puede causar

aborto de pulsos. Válvula de control puede introducir “ruido”

que ocasiona aborto de pulsos.

Ratio Señal / RuidoRatio Señal / RuidoRatio Señal / RuidoRatio Señal / Ruido Todos fabricantes suministran este ratio.

Presentación de datos varía por fabricante (<800 malo,

>10,000 muy bueno ).

Suministra información del “ruido de fondo” (100-150

Khz ) medido entre pulsos transmitidos. Problemas en

diferenciar el pulso por ruido.

Ruido producido por válvula de control muy cerca y caída

de presión muy alta (>200psid).

Pobre aterramiento, malas conexiones eléctricas,

interferencia por protección catódica, RFI , EMI etc.

Daniels ofrece filtros para reducir el Ruido.

Onda de Sonido UltrasónicoOnda de Sonido UltrasónicoOnda de Sonido UltrasónicoOnda de Sonido Ultrasónico

Onda afectada por ruido externoOnda afectada por ruido externoOnda afectada por ruido externoOnda afectada por ruido externo

Filtro ( Stacking )Filtro ( Stacking )Filtro ( Stacking )Filtro ( Stacking )

Resumen Ratio Señal/RuidoResumen Ratio Señal/RuidoResumen Ratio Señal/RuidoResumen Ratio Señal/Ruido Generalmente válvula reguladora es la culpable de alto

ruido.

Muy bajo Ratio puede dejar el medidor inoperativo.

Para instalar válvulas reguladoras consultar con Daniels.

Otros posibles problemas de bajo ratio señal/ruido son:

Pobre aterramiento ( >2ohm).

Malas conexiones entre electrónica y transductores.

Interferencias ( EMI & RFI )

Problemas de las tarjetas electrónicas.

Instalación pobre generando Instalación pobre generando problemas de ruidoproblemas de ruidoInstalación pobre generando Instalación pobre generando problemas de ruidoproblemas de ruido

Buena instalación para evitar Buena instalación para evitar ruidoruidoBuena instalación para evitar Buena instalación para evitar ruidoruido

Recomendaciones para evitar Recomendaciones para evitar ruidoruidoRecomendaciones para evitar Recomendaciones para evitar ruidoruido

Válvulas reguladoras aguas abajo de medidor. Mayor presión en flujo mejor.

Codos, Tees, Filtros son buenos eliminadores de ruido.

Perfil con RuidoPerfil con RuidoPerfil con RuidoPerfil con Ruido

Flow Profile

32.4 32.5 32.6 32.7 32.8 32.9 33 33.1 33.2 33.3 33.4

Chord A33.268

Chord B32.984

Chord C32.726

Chord D33.223

Avg Flow Velocity (ft/s)

Profile Factor

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

01:43

:44 p.

m.01

:43:50

p.m.

01:43

:55 p.

m.01

:44:03

p.m.

01:44

:08 p.

m.01

:44:15

p.m.

01:44

:20 p.

m.01

:44:26

p.m.

01:44

:32 p.

m.01

:44:38

p.m.

01:44

:44 p.

m.01

:44:49

p.m.

01:44

:57 p.

m.01

:45:02

p.m.

01:45

:08 p.

m.01

:45:14

p.m.

01:45

:20 p.

m.01

:45:26

p.m.

01:45

:32 p.

m.01

:45:38

p.m.

01:45

:43 p.

m.

Time

Prof

ile F

acto

r

2929.53030.53131.53232.53333.534

Velo

city (

ft/s)

Profile Factor AvgFlow (ft/s)

Perfil de VelocidadesPerfil de VelocidadesPerfil de VelocidadesPerfil de Velocidades

Medidores Multipath reportan una velocidad por

path.

Las velocidades por Path no son iguales.

Distorsiones en la tubería causan las diferentes

velocidades por path.

Nos da una pista de la condición del sistema. Lo

importante es que el perfil tenga repetibilidad.

Loa Acondicionadores de flujo ( F.C.) usualmente

reducen la distorsión del perfil.

Perfil con acondicionador de Perfil con acondicionador de flujoflujoPerfil con acondicionador de Perfil con acondicionador de flujoflujo

Si el perfil es anormal puede ser por: Parcial bloqueo del F.C. Daño en el F.C. Erosión o efectos sobre el tramo aguas arriba. Mal diseño del puente de medición. Ruido en frecuencia ultrasónica.

Perfil debe ser generalmente simétrico.

Todos los F.C no son iguales.

F.C High-Performance son mejores.

F.C paquetes 19-tube producen perfiles erráticos y no son

recomendados

Perfil con condicionador de Perfil con condicionador de flujoflujoPerfil con condicionador de Perfil con condicionador de flujoflujo

Headers en el Perfil de FlujoHeaders en el Perfil de FlujoHeaders en el Perfil de FlujoHeaders en el Perfil de Flujo

Perfil Ideal ( A,D=0.89, Perfil Ideal ( A,D=0.89, B,C=1.04)B,C=1.04)Perfil Ideal ( A,D=0.89, Perfil Ideal ( A,D=0.89, B,C=1.04)B,C=1.04)

Perfil distorsionado por Mal DiseñoPerfil distorsionado por Mal DiseñoPerfil distorsionado por Mal DiseñoPerfil distorsionado por Mal Diseño

Flow Profile Norte

4.178

11.578

11.561

4.069

0 2 4 6 8 10 12 14

Chord A

Chord B

Chord C

Chord D

Avg Flow Velocity (ft/s)

Flow Profile Sur

12.738

7.979

7.935

12.612

0 2 4 6 8 10 12 14

Chord A

Chord B

Chord C

Chord D

Avg Flow Velocity (ft/s)

Estación con Problemas de Estación con Problemas de PerfilPerfilEstación con Problemas de Estación con Problemas de PerfilPerfil

Resumen de perfil de flujosResumen de perfil de flujosResumen de perfil de flujosResumen de perfil de flujos Buenos diseños producen perfiles simétricos.

Lo importante es que el perfil tenga repetibilidad.

Comparación con “perfil base”.

Si existe cambio significativo en el perfil primero se

deberán verificar los otros parámetros de diagnostico.

Medidores ultrasónicos pueden manejar cierto grado de

distorsión del perfil. Si el cambio es grande el error es

grande caso anterior 3%.

Cambios en el perfil pueden ser atribuidos a cambios en

el tramo aguas arriba, Header, accesorios, suciedad en

Profiler etc.

Velocidad del Sonido SOSVelocidad del Sonido SOSVelocidad del Sonido SOSVelocidad del Sonido SOS

Ecuación similar al calculo de la velocidad.

Verifica la “Salud” de cada path ( 1300 fps).

Calculo SOS por path es requerido por AGA 9.

SOS es afectado por composición del gas , P&T.

Puede ser verificado en campo usando AGA 8 y

comparándolo con lo que calcula el medidor con la

ecuación de TT (error <0.5%)

Efectos de P&T en cálculo SOS Efectos de P&T en cálculo SOS AGA8AGA8Efectos de P&T en cálculo SOS Efectos de P&T en cálculo SOS AGA8AGA8

0.55 ºC (1 ºF) afecta SOS en 0.17%

35 kPa (5 psig) afecta SOS en 0.01%

Exactitud de SOS por AGA8 es mejor a

0.1%.

Con Computador Flujo Gas, además de P&T

y usando AGA 8 se calcula SOS.

Resumen Comparación SOS AGA8 y Resumen Comparación SOS AGA8 y medidamedidaResumen Comparación SOS AGA8 y Resumen Comparación SOS AGA8 y medidamedida

Valida las medidas de transit-time.

Realizado a bajas y moderadas velocidades ( 1.5-70

fps)

Es importante la buena obtención y estabilidad de la

composición del gas para el AGA 8.

Buen sistema de “chequeo de salud ” del sistema

Ganancia y SOS son usados para chequeo

de exactitud

Chequeos Externos (Cross Chequeos Externos (Cross Check)Check)Chequeos Externos (Cross Chequeos Externos (Cross Check)Check)

Resumen GeneralResumen GeneralResumen GeneralResumen General Instalaciones de USM incrementan en 50% por año.

Beneficio drástica reducción en Mantenimiento.

USMs tienen muchas capacidades de diagnostico.

Exactitud en medición Temp. Gas es critica para

comparación usando AGA8.

Comparaciones SOS medida y Calculada <0.5%

SOS es un buen método para el chequeo de la

salud del medidor.

Transductor y AccesoriosTransductor y AccesoriosTransductor y AccesoriosTransductor y Accesorios

MountMount TransducerTransducer StalkStalk HolderHolder Cable SensorCable Sensor

Tarjeta AmplificadoraTarjeta AmplificadoraTarjeta AmplificadoraTarjeta Amplificadora

Ensamblaje de ElectrónicaEnsamblaje de ElectrónicaEnsamblaje de ElectrónicaEnsamblaje de Electrónica

Caracteristicas de ElectrónicaCaracteristicas de ElectrónicaCaracteristicas de ElectrónicaCaracteristicas de Electrónica

Energía: 115/230 Vac (47-63Hz) o 24Vdc 15Watts Máximo.

Comunicaciones: RS485 2-Wire (600m)

RS232 (15m)

Clasificación: Clase1, Div1 Grupos C,D

Salidas Frecuencia: (1000 o 5000Hz) 2

Entradas analógicas: 2 (4-20mA)

Salida Analógica: 1 (4-20mA)

Salidas Discretas: 2 (Validity y Dirección de Flujo)

Diagrama GeneralDiagrama GeneralDiagrama GeneralDiagrama GeneralCromatógrafoEnergía y Composición, %ci

Ultrasónico,Qflow

P,T

20D 5D

Flow

Base

Flow

Base

Base

FlowFlowBase Z

Z

T

T

P

PQQ

Instalación sin Enderezador de Instalación sin Enderezador de venasvenasInstalación sin Enderezador de Instalación sin Enderezador de venasvenas

Instalación con EnderezadorInstalación con EnderezadorInstalación con EnderezadorInstalación con Enderezador

Condiciones Tramo Aguas ArribaCondiciones Tramo Aguas Arriba(Error menor 0.3%)(Error menor 0.3%)Condiciones Tramo Aguas ArribaCondiciones Tramo Aguas Arriba(Error menor 0.3%)(Error menor 0.3%)

Dry Calibration ( Calibracion Dry Calibration ( Calibracion Seca )Seca )Dry Calibration ( Calibracion Dry Calibration ( Calibracion Seca )Seca )

Se realiza sin flujo. Presurizado a mínimo 150 Psig. Utiliza Nitrógeno. Mide “Delay Time” asociado con los transductores y electronica

Diferencia entre Tiempo Total y el verdadero Tiempo de Transito –medido entre cara y cara de transductor). Objetivo de medir el “Zero Offset”, basado en el error del “Timing”.

Con la medición de P&T y teniendo un gas conocido (Nitrógeno) se conoce la SOS y el TT y con ello se calcula el Delay Time.

Posteriormente se mide el verdadero TT “upstream” “dowstream” la diferencia es Delta Time (efecto de medida Distancia L y X). Ambos TT “upstream” and “dowstream” deben ser iguales (No hay flujo)

La calibración en seco se hace por par de transductores. Se hace en caso de falla de un transductor.

Además cuando se cambia el par de trasductores es importante colocarle a la electrónica la nueva “L”.

Calibración SecaCalibración SecaCalibración SecaCalibración Seca

Cambio de transductoresCambio de transductoresCambio de transductoresCambio de transductores

Cambio de TransductoresCambio de TransductoresCambio de TransductoresCambio de Transductores

SoftwareSoftwareSoftwareSoftware

Soft ( File/Meter Directory)Soft ( File/Meter Directory)Soft ( File/Meter Directory)Soft ( File/Meter Directory)

Soft ( Meter/Monitor )Soft ( Meter/Monitor )Soft ( Meter/Monitor )Soft ( Meter/Monitor )

Soft (Meter/Field Setup Soft (Meter/Field Setup Wizard )1Wizard )1Soft (Meter/Field Setup Soft (Meter/Field Setup Wizard )1Wizard )1

Soft ( Meter/ Field Setup Wizard Soft ( Meter/ Field Setup Wizard ) 2) 2Soft ( Meter/ Field Setup Wizard Soft ( Meter/ Field Setup Wizard ) 2) 2

Soft ( Meter / Field Setup Soft ( Meter / Field Setup Wizard ) 3Wizard ) 3Soft ( Meter / Field Setup Soft ( Meter / Field Setup Wizard ) 3Wizard ) 3

Soft. (Meter/ Field Setup Soft. (Meter/ Field Setup Wizard) 4Wizard) 4Soft. (Meter/ Field Setup Soft. (Meter/ Field Setup Wizard) 4Wizard) 4

Reporte con problemasReporte con problemasReporte con problemasReporte con problemas Observación de Reportes con problemas

Resúmen de características digitalesResúmen de características digitales

•862 históricos horarios y diarios

•2849 Auditoría & 3640 Alarmas registros

•Dual Modbus RS-232/485 multi-drop

•Dos salidas de frecuencia programables

•Compensación de ID por P&T mediante medición

por entradas analógicas

•Volúmenes acumulados

Comunicación SerialComunicación SerialComunicación SerialComunicación Serial

Requerimientos AGA 9 Requerimientos AGA 9 para medidores para medidores 12 inch 12 inchRequerimientos AGA 9 Requerimientos AGA 9 para medidores para medidores 12 inch 12 inch

Repeatability : 0.2% for qt qi qmax0.4% for qmin qi < qt

Resolution : 0.003 ft/s (0.001 m/s)Velocity sampling interval : 1 second

Maximum Peak-to-Peak Error

(see Figure 1)

: 0.7% for qt qi qmax

Zero flow reading : <0.040 ft/s (12 mm/s) for each acoustic path

Maximum Error(see Figure 1)

: 0.7% for qt qi qmax1.4% for qmin qi < qt

Requerimientos AGA 9Requerimientos AGA 9 para Medidores < 12 inch para Medidores < 12 inchRequerimientos AGA 9Requerimientos AGA 9 para Medidores < 12 inch para Medidores < 12 inch

Repeatability : 0.2% for qt qi qmax0.4% for qmin qi < qt

Resolution : 0.003 ft/s (0.001 m/s)Velocity sampling interval : 1 second

Maximum Peak-to-Peak Error

(see Figure 1)

: 0.7% for qt qi qmax

Zero flow reading : <0.040 ft/s (12 mm/s) for each acoustic path

Maximum Error(see Figure 1)

: 1.0% for qt qi qmax1.4% for qmin qi < qt

Requerimientos AGA 9Requerimientos AGA 9Requerimientos AGA 9Requerimientos AGA 9