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Operación, calibración y diagnóstico de Medidores Másicos GRL-03

Medidores másicos

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    Operacin, calibracin y diagnsticode Medidores Msicos

    GRL-03

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    Objetivo

    Esta presentacin trata los principios bsicos de funcionamiento de los

    medidores msicos, ampliamente usados en el campo para la medicin

    de parmetros como flujo y corte de agua de los pozos.

    Con base en esto, el estudiante debe responder un examen terico.

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    Introduccin

    Los medidores msicos son instrumentos de alta precisin que miden

    ciertas propiedades de los fluidos como caudal, flujo de masa,

    densidad, temperatura, corte de agua (para el petrleo), entre otros.

    Son muy usados en la industria petroqumica y en las relacionadas con

    alimentos y bebidas.

    Su funcionamiento se basa en aprovechar una aceleracin de los

    cuerpos en movimiento llamada coriolis; por eso tambin se les

    conoce como CFM (Medidores de flujo de coriolis).

    El principal fabricante de estos aparatos en el mundo es Micro Motion

    nombre por el cual tambin se le conoce a los medidores msicos

    dentro del campo de Cao Limn.

    Micro Motion, Sensor D, RFT 9712, NOC y ALTUS son marcas registradas deEmerson Co.

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    Contenido

    Qu es un medidor msico?Descripcin

    Sensor

    Partes funcionamiento medicin de masa medicin de densidad medicin

    de volumen

    Transmisor

    Para que sirve el transmisor? partes seales de salida aprobaciones

    internacionales cable del transmisor programacin

    Perifrico

    Qu es un perifrico? NOC seales de salida del NOC ALTUS 3700

    Diagnstico y Calibracin

    Diagnstico calibracin por temperatura calibracin por densidad calibracin

    por flujo.

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    Que es un medidor msico?

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    Descripcin

    Un medidor msico es un conjunto de elementos que sirven para medirpropiedades de un fluido (en nuestro caso crudo). Los medidores msicos,cuando estn correctamente calibrados arrojan datos con una gran precisin.

    Los medidores Micro Motion se componen de:

    Un sensorEs el instrumento que toma los datos

    Un transmisor

    Es elcerebro

    o parte que procesa los datos

    Un perifricoFinalmente, un perifrico muestra los datos al usuario o los enva a una sala decontrol.

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    Sensor

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    Al entrar al medidor, el fluido es desviado hacia los tubos de flujo(flow tubes) queson elaborados en Acero Inoxidable 316 o en aleacin de nquel, dependiendo de lanaturaleza corrosiva del fluido.

    Tubos de Flujo

    La bobina conductora (drive coil) junto con un electroimn (magnet) son losencargados de hacer vibrarlos tubos de flujo. Esto ocurre cuando son energizados.

    Bobina conductora

    Los detectores electromagnticos que se componen cada uno de una bobina (pickoffcoil) y un imn, estn localizados a lado y lado del medidor. Ellos emiten una sealde acuerdo a la posicin de los tubos,cuando estos vibran.

    Detector Electromagntico

    La RTD (Resistal Termal Detector) o termoresistencia es una lmina de platino

    (resistencia elctrica de 0 a 100W) que emite una seal elctrica proporcional a latemperatura.

    RTD

    Entre las bridas del medidor y los tubos de flujo hay una seccin llamada elmltiple divisor de flujo (flow splitter manifold), que se encarga dedistribuir equitativamenteel flujo entre los dos tubos.

    Mltiple

    El cableado de los detectores electromagnticos (pickoff coils), la bobina conductora(drive coil) y la termoresistencia (RTD) es dirigido hacia la caja de conexiones, que esresistente a las condiciones ambientales.

    Caja de conexiones

    Partes

    En Cao Limn, los sensores usados en los medidores msicos son los MicroMotionTipo D. Sus partes principales son:

    En Cao Limn, se usan sensores Tipo D de dos clases:

    Sensor DSUsado para bajas tasas de flujo. Debido a que el grosor de los tubos es

    menor, este sensor es menos resistente al desgaste por abrasin.

    Sensor DHEl grosor del tubo es mayor, por lo tanto se emplea en pozos con altoscaudales. Es ms resistente a la abrasin.

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    Funcionamiento

    Aqu se muestra cmo el medidor msicoemite las seales que se interpretan comoflujo de masa.

    Durante la operacin, la bobina conductora odrive coil(que no se muestra en la figura) esenergizada. Esto causa que los tubos oscilenhacia arriba y abajode manera contraria.

    Los dos pickoff coils(detectores electromag-nticos) ubicados al lado izquierdo (LPO) yderecho (RPO) del medidor, emiten unvoltaje inducido al cambiar el campomagntico sobre cada bobina.

    Los imanes estn montados sobre un mismotubo, mientras que las bobinas estnacopladas con el otro tubo.

    El movimiento de los tubos es exagerado para efectos de ilustracin.

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    Funcionamiento

    Mientras un tubo va hacia arriba el otro lo hace hacia abajo.

    En este caso no hay flujo por el medidorporque los dos pickoffs (LPO y RPO)estn en fase(se desplazan de manera simtrica).

    Movimiento de los tubos SIN FLUJO

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    Medicin de Masa

    Ahora compliquemos un poco el asunto. Cuando un fluido pasa a travs delmedidor, es forzado a tomar el momento verticalque tiene el tubo debido a la

    vibracin de ste.

    Movimiento CON FLUJO

    Cuando el fluido atraviesa los tubos, la sealde los pickoffs queda desfasada. La raznes que los lados del tubo ya no se mueven altiempo.

    El desfase de tiempo T(delta te) entre los pickoffs es un lapso de tiempo de

    millonsimas de segundo s(microsegundos).

    En el instante en que el tubo esta subiendo, elfluido se resiste a ser levantadoejerciendouna fuerza hacia abajo.Como el fluido avanza conservando estemomento, cuando el tubo este descendiendo

    lo harn juntos haciendo que el tubo sedoble.

    A esto se le llama el efecto CORIOLIS, quees proporcional al flujo de masa.

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    Calibracin (medicin de masa)

    El factor de calibracin consiste en un nmero de 8 cifras con dos puntosdecimales, por ejemplo 2.90985.13

    2.90985.13

    Factor de calibracin Coeficiente de Temperatura

    La primera parte del nmero se refiere al factor decalibracin (2.9098). Este nmero, multiplicado por elDT da el flujo de masaen gramos por segundo.

    Ejemplo para un DT = 5ms y Factor = 2.9098

    seg

    gramos549.149098.25

    La otra parte del nmero (5.13) es un coeficiente de temperatura para elmaterial del tubo del sensor. Este nmero es el porcentaje del cambio en larigidez del tubo por cada 100C de temperatura.

    Ejemplo: El valor de 5.13 indica que el tubo pierde 5.13% de rigidez por cada100C de temperatura.

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    Medicin de Densidad

    El nmero de oscilaciones en un segundo es llamado frecuencia. En losmedidores masicos la densidad del fluido es inversamente proporcional alcuadrado de la frecuencia.

    Alta densidadBaja Frecuencia

    Baja densidadAlta Frecuencia

    2Frecuencia

    1Densidad

    La seal es tomada del pickoffizquierdo (LPO).

    Una frecuencia mayor implicauna menor densidad.

    Para medir la frecuencia, el

    medidor registra el periodoque es el tiempo entre pico ypico de la seal (en mseg).

    Periodo

    1Frecuencia

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    Calibracin (medicin de densidad)

    Los medidores masicos son calibrados con la densidad del aire y del agua. Losperiodos de tiempo (en microsegundos) de estas sustancias se registran comoK1y K2.El factor de calibracin de densidad (Dc) es un nmero de 13 cifras con unpunto decimal.

    Periodo2contra Densidad

    El coeficiente de temperatura compensa la elongacinde los tubos expresado en porcentaje por cada 100C.

    Con los dos puntos K1 y K2 se traza una recta paradeterminar las densidades con cualquier otro valor delperiodo en la seal.

    10484109964.39

    Periodo del Aire (K1)Periodo del Agua (K2)Coeficiente de Temperatura

    ) agua2222

    FluidoaireaguaFluido

    )1K2K(

    )1KK(

    Donde es densidad y K el periodo.

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    Medicin de Volumen

    Con los valores de flujo de masa y densidad, el medidor msico puede deducir

    tambin el volumen por unidad de tiempo o caudal.

    Volumen actual:El volumen medido en las condiciones actuales de temperatura y presin. Seusa generalmente para cerciorarse que los tanques a presin no quedensobrellenados.

    Volumen estndar:El volumen se referencia a las condiciones estndar de temperatura y presin(60F y 14,7 psi). Es muy usado para gases.

    Densidad

    MasaVolumen

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    Calibracin (medicin de volumen)

    Volumen a condiciones estndarComo la densidad es constante a la misma temperatura y presin sin importar

    el caudal, el volumen es directamente proporcional al flujo de masa.

    psi7.14@F60

    mV

    Volumen actual

    Los lquidos son sensiblemente afectados por los cambios de temperatura.Cuando cambia la temperatura la medicin del volumen es afectada.

    Variacin de la densidad con la temp.

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    Fotos

    Sensor en el pozo MN21

    Caja de conexiones y cable

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    Practica 1Las partes esenciales de un medidor msicos son:

    Sensor, transmisor y perifrico

    Sensor, cable y perifricoSensor y perifrico

    Transmisor y perifrico

    La parte del sensor que hace oscilar los tubos es:

    Pickoff coil (detector electromagntico)

    Drive coil (bobina conductora)RTD (termoresistencia)

    Caja de conexiones

    La densidad es directamente proporcional al cuadrado de la frecuencia.

    Falso

    Verdadero

    Cuando los dos pickoffcoilsestn en fase,no hay flujo a travs del medidor.

    Falso

    Verdadero

    Haga click en la opcin y verifiquecon el sonido

    Haga click aqu para

    salir de la prctica

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    Transmisor

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    Para que sirve el transmisor?

    El transmisor funciona junto con el sensor y los perifricos para completar lamedicin de flujo de masa y la densidad. Se puede considerar al transmisor

    como el cerebro de todo el sistema.

    El transmisor enva una seal pulsada a labobina e imn conductor (drive coil andmagnet) que hace vibrar los tubos.

    El transmisor procesa la seal que viene delos detectores electromagnticos (pickoffcoils), hace los clculos y enva la seal alos perifericos conectados.

    Tambien permite que la salida de los datos

    vaya a una sala de control o un Hand held.

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    Partes

    Los transmisores usados en Cao Limn son los Micro Motion RFT 9712 yfuncionan nicamente con los sensores tipo D.

    El transmisor tiene 3 tarjetas:

    Y conectores para:

    El cableado del sensor(caja de conex.)

    Seales de salida

    Suministro de energa elctrica

    Tarjeta del ProcesadorControla los datos de entrada y salida

    Tarjeta conductora(drive board)Procesa la seal para el drive coil

    Tarjeta de Poder(Power Board)Suministra las tensiones requerida por cadacircuito.

    Corte de un Transmisor RFT 9712

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    Seales de salida

    El transmisor RFT 9712 tiene cuatro posibles seales de salida:

    Corriente en miliamperios (mA)Una corriente de 4 a 20mA puede ser interpretada como flujo de masa o caudalo como temperatura o densidad.

    Voltaje de ControlUn voltaje entre 0 y 15VDC puede ser usado para indicar la direccin del flujo.

    FrecuenciaUn pulso entre 0 y 10.000Hz puede ser configurado para representar flujo demasa o caudal.

    Salida digitalPor medio de diferentes protocolos de comunicaciones (RS-485, Bell 202) eltransmisor permite la conexin con un computador, un hand held o una sala decontrol.

    Recuerde que el transmisor no tiene pantalla o interfaz algunapara mostrar

    los datos directamente al usuario. Para eso se requiere un perifrico.

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    Aprobaciones Internacionales

    Las aprobaciones internacionales (international approvals) son certificados de

    seguridad que expiden ciertas organizaciones para advertir de los tipos depeligros que pueden tener materiales, aparatos elctricos, construcciones ysistemas.En Europa la entidad encargada de las aprobaciones es CENELEC (Comiteuropeo para la estandarizacin electrotcnica), para Estados Unidos es la UL(Underwriter Laboratories) mientras que Canada usa la CSA.Aqu se tratar nicamente las designaciones de la UL.

    Las reas clasificadas estn de acuerdo a la presencia de una atmsferaexplosiva (atmsfera peligrosa).

    Clase I, Divisin 1Mezclas de lquidos o gases inflamables pueden presentarse en cualquiermomento.

    Clase I, Divisin 2Las mezclas inflamables pueden presentarse de forma ocasional.

    Area SeguraLos lquidos o gases presentes nunca estn presentes.

    El Logo UL es marca registrada de Underwriters Laboratories Inc.

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    Cable del transmisor

    La comunicacin entre el sensor y el transmisor se hace mediante un cable. El

    transmisor est diseado para enviar seales por cable sin crear interferenciasde radio frecuencia.

    El cable del medidor msico en realidad son 9cables independientes, protegidos por unrevestimiento plstico en PVC o FEP. Tambinexiste con revestimiento en plata.

    Los cables que van dentro del revestimientoson:

    Un par de cables para cada pickoff coil (calibre 22).

    Un par de cables para el drive coil (calibre 18).

    Tres cables para la termoresistencia (calibre 22).

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    Programacin del transmisor

    Para visualizar los datos en el campo y configurar el transmisor se usan 3

    diferentes dispositivos, pero slo veremos los dos ms usados:

    Hand Held HART HC-275Enva y recibe datos del transmisor sin interrumpir sufuncionamiento. Permite al usuario hacer

    diagnsticos, efectuar configuraciones e indagarvariables durante el funcionamiento del sensor. Usa laconexin digital Bell 202.

    ProLink

    La interfaz para computador y el software ProLinkpermiten monitorear y configurar el transmisor de unamanera ms amigable que con el HART. Usan lasconexiones Bell 202 y RS-485.

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    Fotos

    Interior del Transmisor RFT 9712

    Transmisor RFT 9712

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    Practica 2Cual NO esun tipo de salida del transmisor RFT 9712?

    Corriente en miliamperios (de 4 a 20mA)

    Voltaje de control (de 0 a 15VDC)Pantalla para mostrar los valores al usuario

    Salida digital (Puerto RS-485 o Bell 202)

    La tarjeta del transmisor que enva la seala la bobina conductora (drive coil) es:

    Tarjeta de poder

    Tarjeta conductoraTarjeta del procesador

    Ninguna. La bobina conductora no recibe seal de ninguna tarjeta.

    El cable del sensor al transmisor tiene 8 cables independientes en su interior.

    Falso

    Verdadero

    Para configurar o ver los parmetros de un transmisor, slo se puede usar el Handheld

    Hart HC-275.

    Falso

    Verdadero

    Haga click en la opcin y verifiquecon el sonido

    Haga click aqu para

    salir de la prctica

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    Perifricos

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    Qu es un perifrico?

    El transmisor (RFT 9712) procesa las seales que llegan del sensor y emiteotras seales de salida. Por s solos, estos instrumentos no son capaces de

    mostrar al usuario los valores de caudal, flujo de masa, densidad otemperatura. Para eso estn los perifricos.

    Las funciones del perifrico son:

    Mostrar las variables del transmisor comoflujo de masa, temperatura y densidad.

    Computar variables adicionales como Barrilespor da, Corte de Agua, etc.

    Enviar seales de alarma a otros dispositivos,por ejemplo un rel.

    El perifrico que se usa en los medidores msicos en Cao Limn es el NOC(Net Oil Computer). Tenga en cuenta que el NOC es tan slo un perifricoy no

    todo el sistema del medidor.

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    NOC

    La medida del aceite neto y el agua de produccin que viene de un pozo esfundamental para el monitoreo de la produccin y del yacimiento.

    El NOC recibe las seales del transmisor sobre latemperatura, flujo de masa y densidad del fluidoque pasa por el sensor.

    Haciendo unos clculos, el NOC muestra enpantalla el corte de agua, flujo de crudo neto yde agua.

    Entre las caractersticas tcnicas del NOC estn:

    Medicin total de crudo con correccin portemperatura (Barriles STB).

    Corte de agua lineal entre 0 y 100%

    Cubierta tipo NEMA 4 resistente a la lluvia y a explosiones.

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    Seales de salida del NOC

    El NOC tiene tres tipos de seales de salida:

    Volumen de Crudo y Agua

    El NOC emite un pulso por cada0.1 barriles que contabiliza, tantopara el agua como para el crudode manera independiente. Estasseales son enviadas a la RTU(remote terminal unit).

    Puerto RS-232CA este puerto serial se puedeacoplar una impresora.

    Corriente en miliamperios (mA)Una corriente de 4 a 20mA representa del 0 al 100% de corte de agua.

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    Fotos NOC

    NOC

    NOC

    S 3 00

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    ALTUS 3700

    Este nuevo instrumento combina el transmisor y el perifrico todo en unmismo aparato. Aparte de esto, el ALTUS tiene funciones adicionales y mas

    entradas y salidas que cualquier perifrico.

    Seales de entrada:

    Cable de 9 hilos, al sensor.

    Dos entradas discretas, que sirven para reinicializarun conteo, iniciarlo, pararlo, etc

    Seales de salida:

    Tres salidas discretas, para iniciar por ejemplo bombas o vlvulas.Dos salidas de corriente en miliamperios (de 4 a 20mA).Un salida digital por puerto RS-485.Salida de frecuencia.

    Al igual que los transmisores, se programan por medio de Hand Held (HART).

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    Practica 3Una de las funciones del perifrico es mostrar al usuario variables del proceso como

    densidad, flujo y temperatura.Falso

    Verdadero

    Una de las diferencias principales entre el ALTUS 3700 y el NOC es:

    El ALTUS soporta mas caudal que el NOC

    El NOC se puede usar en la intemperie.El NOC tiene seales de salida, el ALTUS no.

    EL ALTUS es un perifrico y transmisor, todo en un mismo aparato.

    El NOC es capaz de medir el crudo total con correccin por temperatura (STB).

    Falso

    Verdadero

    Una de las caractersticas del NOC es que puede medir el corte de agua.

    Falso

    Verdadero

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    Diagnstico y Calibracin

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    Diagnstico

    Para verificar si el medidor msico est en correcto funcionamiento, se debetomar una muestra del BSW en la cabeza del pozo y analizarla en ellaboratorio.

    Si el BSW del laboratorio es diferente al reportado en el NOC en menos del2%,el equipo no requiere calibracin.

    Si el BSW del laboratorio difiere en ms del 2%,tome 5 muestras de BSW enla cabeza del pozo a intervalos de 3 minutos cada una. Si dos o ms muestrassiguen difiriendo en ms del 2%, proceda a:

    Revisar todo el equipo: cables, tierras, conexiones, tarjetas de la RFT o elNOC. Si es necesario, se debe calibrar por temperatura.

    Revisar la configuracin de la RFT y NOC de parmetros tales como: factor dedensidad, factor de flujo, unidades de trabajo, densidades de los fluidos que seestn midiendo y los de calibracin del sensor as como los periodos de

    vibracin.

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    Diagnstico

    Revisar el funcionamiento de las bobinas del sensor (pickoff coil), lasconexiones de las borneras y la integridad del cable que va del sensor al NOC.

    Si la diferencia persiste, proceda a calibrar el sensor por densidad y flujo.

    Adems de estas diferencias en corte de agua, se tienen como prioridad paracalibracin en banco de la nave de bombasaquellos sensores que lleven masde un ao en servicio y con altos porcentajes de desgaste.

    Por ultimo, si no se ha logrado obtener igualdad en los valores se debe llevar acabo un ajuste fino de los parmetros de la RFT y NOC.

    Banco de calibracin, Nave de bombas en PF1

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    Tipos de Calibracin

    Para ajustar los medidores msicos, se hacen tres tipos de calibracin:

    Calibracin por Temperatura

    Calibracin por Densidad

    Calibracin por Flujo (Volumen)

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    Calibracin por temperatura

    En este procedimiento se determinan las causas que ocasionan diferencia entre

    la temperatura leda en el NOC y la de la RFT y se hacen las correcciones

    respectivas.

    La calibracin por temperatura debe ser previa a la calibracin por densidaddebido a la influencia de la temperatura en el valor de densidad. Cuando la

    temperatura del NOC esta descalibrada, la correccin de densidades y

    volmenes es incorrecta reportando de esta manera valores no confiables que

    influyen directamente en el Factor de Campo ("Lease Factor").

    La variacin del BSW es de 0.29% por cada Fde descalibracin

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    Calibracin por densidad

    Obtener los nuevos valores de las constantes K1y K2que permiten compensar

    el error cometido en la medicin del corte de agua por el desgaste de los tubos

    "U" de los sensores.

    Algunos medidores msicos estn sometidos a altas velocidades de flujo con

    concentraciones de arena. Esta mezcla erosiva ocasiona desgaste de los tubos

    de los sensores, por lo cual el valor obtenido por el NOC de la densidad del

    fluido del pozo es menor que el real y por consiguiente el corte de agua

    calculado tambin es menor.

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    Calibracin por flujo

    Obtener un nuevo factor de flujo que permita compensar el error cometido en la

    medicin de flujo msico debido al desgaste de los tubos. Este desgaste es, a

    su vez, interpretado por la RFT como mayor flujo msico.

    Para hacer la compensacin se debe recalibrar por flujo el medidor msico,corrigiendo as el error en la medicin debido al desgaste del sensor.

    Es importante notar que la calibracin se debe hacer en el Banco de Pruebas

    puesto que se requiere hacer el montaje colocando dos sensores en serie (el

    sensor del pozo y el sensor patrn).

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    Practica 4Los medidores que tienen prioridad para ser calibrados en la nave de bombas, son:

    Los que tienen ms de 2% en el BSW respecto a la muestra del laboratorio.

    Los que requieran calibracin por temperatura.Los que llevan ms de un ao en servicio o tienen un alto grado de desgaste.

    Los de los pozos con menor BSW.

    En la calibracin por densidad hay que obtener nuevamente el valor de:

    Factor de temperatura

    K1 y K2Factor de flujo

    Factor de Campo (LeaseFactor).

    Si el BSW de un pozo medido en el laboratorio vara menos de un 4% respecto al que

    indica el NOC, no es necesarioefectuar una calibracin.

    FalsoVerdadero

    La variacin en el BSW es de 0.29% por cada F de descalibracin en el medidor.

    Falso

    Verdadero

    Haga click en la opcin y verifiquecon el sonido

    Haga click aqu para

    salir de la prctica

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    FIN