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Simposio de Metrología 2008Santiago de Querétaro, México, 22 al 24 de OctubreDesempeño del Medidor Másico Tipo Coriolis Como Patrón deReferencia en la Verificación de los Sistemas de Medición del GLPResidencial en Estado LíquidoJosé Manuel Maldonado RazoCentro Nacional de Metrologíakm 4,5 Carretera a Los Cués, 76246, Querétaro, México.mmaldona@cenam.mxRESUMENEl Centro Nacional de Metrología en colaboración con la PROFECO realizó un estudio para determinar la convenienciade utilizar medidores másico tipo Coriolis como medidor de referencia para verificar los sistemas de medición dedespacho de Gas Licuado de Petróleo (GLP) instalados en los auto-tanques de las compañías que ofrecen la venta adomicilio del GLP, en estado líquido. Se presentan los resultados de las pruebas realizadas a medidores Coriolis, lascuales consistieron en su calibración unidades de masa usando un sistema estático de pesado con agua, y la calibracióncon un patrón volumétrico a presión usando GLP. Estos datos de calibración se han utilizado para realizar pruebas deverificación de un medidor de desplazamiento positivo y determinar si el medidor Coriolis es adecuado para realizar dichaverificación.1. INTRODUCCIÓNEste estudio lo realizó el CENAM en coordinacióncon la Procuraduría Federal del Consumidor(PROFECO) para dar una opinión técnica respectoa la conveniencia de utilizar el medidor Corioliscomo medidor de referencia en la verificación demedidores de desplazamiento positivo instalados enlos auto-tanques utilizados en el despacho de GLPdomiciliario.Actualmente en México se realiza la verificación deestos sistemas de medición utilizando medidasvolumétricas a presión. Sin embargo, a pesar de seréste un método internacionalmente utilizado, hoy endía existen en el mercado medidores de caudal concualidades metrológicas suficientes para serconsiderados como patrones de referencia en elejercicio de verificación de los medidores instaladosen los auto-tanques que prestan el servicio de cargade GLP a domicilio. El uso de estos medidoresofrece ventajas en cuanto a la operación, latransportación, el tiempo de ejecución y la obtenciónde resultados directos, en comparación con lautilización de una medida volumétrica.Las pruebas se realizaron a 3 modelos diferentes demedidores Coriolis de dos diferentes marcas; loscuales se probaron en tres diferentes caudales ycon dos diferentes fluidos: agua y GLP.En la realización de las pruebas con GLP se utilizócomo base el procedimiento indicado en el proyectode norma NOM-023-SEDG-2005, “MedidoresCentro Nacional de Metrologíavolumétricos por desplazamiento positivo para gasLP en estado líquido en uso. Procedimiento para laverificación de los errores máximos tolerados delmedidor, utilizando el método de comparacióndirecta con medida volumétrica”.Los requerimientos de los errores máximostolerados para estos sistemas de medición seestablecen en la Recomendación 117 de laOrganización Internacional de Metrología Legal, yse muestran en la Tabla 1 [1].Tabla 1. Errores Máximos permisibles para Sistemas deMedición para Flujo de Líquidos, según la OIML R117.Sólo se incluye la información correspondiente a lasclases de exactitud 1.0 y 1.5.Clase deexactitud1.01.5OIML R 117Campo de aplicaciónDespachadores de GLP para vehículosSistemas de medición de GLP bajopresión (excepto despachadores deGLP)Errores máximos toleradosClase de exactitud1.01.5Aprobación de modelo0.6 %1.0 %Verificaciones periódicas1.0 %1.5 %El Gas Licuado de Petróleo, es un producto de ladestilación del petróleo, constituido por la mezcla depropano y butano. Para identificar claramente el gaslicuado de petróleo se le agrega mercaptano comoodorizante. Como datos de referencia, en la Tabla 2SM2008-M122-1114-1
Simposio de Metrología 2008Santiago de Querétaro, México, 22 al 24 de ámicas del propano y butano.Durante las pruebas realizadas se registró ladensidad del GLP, valor que en promedio fue de525 kg/m3 a 23,5 ºC.Tabla 2 Propiedades del GLP.ComposiciónTemperatura deinflamación, en ºCTemperatura deautoignición, en ºCDensidad relativa líquido(agua 1)Presión de vapor a 20 ºC,en PaCoeficiente de expansióntérmica a 20 ºC, en 1/ºCCoeficiente decompresibilidad22 ºC a 25 ºC, en 1/kPaC3H8C4H10-60-422874500.5820.5044338670.003 020.001 98almacenamiento el sistema de control acciona laválvula para desviar el flujo de agua hacia lacisterna de drenado y se detiene la medición detiempo y la recepción de la señal del medidor; antesde realizar las mediciones de masa final y de lascondiciones ambientales, se da un tiempo deestabilización en el tanque, para posteriormenterealizar las correcciones y determinar el factor decalibración del medidor bajo prueba.válvula desviadoramedidor en calibración5,4E-72. CALIBRACIÓN DEL MEDIDOR CORIOLISLos medidores Coriolis se calibraron en dos modos:en masa y en volumen. Mientras que la calibraciónen modo de masa no es afectada por laspropiedades físicas del fluido, la calibración enmodo de volumen es recomendada sólo cuando elfluido de calibración es igual o similar enpropiedades al fluido de trabajo.válvula de controlbombacárcamotanque de pesadocisternaFig. 1. Diagrama esquemático del Patrón Nacionalde Flujo de Líquidos.2.2. Calibración en VolumenEsta calibración se realizó utilizando una medidavolumétrica a presión con una capacidad de 200 L;esta medida esta fabricada en acero al carbón ycuenta con sensores de presión y temperatura; lamedida tiene una escala inferior para fijar el nivel dereferencia o de cero, y una escala superior para leerel volumen colectado.2.1. Calibración en MasaLos medidores Coriolis se calibraron en modo demasa en CENAM, usando el Patrón Nacional deFlujo de Líquidos (PNFL) como patrón de referencia,siendo agua el fluido de trabajo.En el sistema estático de pesado, parte medular delPNFL mide el caudal másico colectando una masade agua en un tiempo determinado, para ello cuentacon un tanque de almacenamiento soportado entres celdas de carga, una válvula desviadora de flujoy un sistema de control que sincroniza la válvuladesviadora de flujo, la señal del medidor y el conteode tiempo. Una vez instalado el medidor en elsistema, se regula un caudal, cuando éste seestabiliza y se logra el equilibrio térmico, entoncesel sistema de control acciona la válvula desviadorade flujo y comienza a recibir la señal del medidor yse inicia la medición de tiempo; cuando se alcanzaun valor predeterminado de masa en el tanque deCentro Nacional de MetrologíaFig. 2. Medida volumétrica a presión.Las pruebas se realizaron en campo en variasTerminales de Abastecimiento de GLP, utilizando lamedida volumétrica y calibrando el medidor Coriolisen unidades de volumen con GLP.SM2008-M122-1114-2
Simposio de Metrología 2008Para la calibración se utilizó un sistema dedespacho de GLP para hacer pasar el fluido através del medidor e introducirlo en la medidavolumétrica; para vaciar la medida volumétrica seusó un compresor de vapor de GLP. Una vezconectado el equipo se realizaron corridas deambientación circulando el fluido a través de lainstalación. Lograda la estabilidad térmica se vacíala medida volumétrica, se igualan las presiones devapor de la medida volumétrica y del tanque dealmacenamiento por medio de una manguera queune ambos componentes; se ajusta el nivel del GLPa la marca de cero en la medida volumétrica, secierra la válvula que conecta a los dos recipientes, yse energiza el sistema de bombeo, se abre laválvula aguas arriba del medidor y se colecta el GLPen el patrón volumétrico; cuando el nivel del GLPalcanza la marca de volumen nominal de la medidavolumétrica se cierra la válvula, se espera un tiempode estabilización y se registran las lecturas devolumen, temperatura presión y la lectura devolumen en el medidor, para posteriormentedeterminar el factor de calibración o los errores demedición del medidor bajo prueba.2.3. InstalaciónLos medidores Coriolis no requieren de instalaciónespecial, el fabricante recomienda sean soportadosfirmemente de manera que no se transmitanesfuerzos mecánicos de la tubería al medidor, y lainstalación de una válvula aguas abajo del mismo;adicionalmente se colocaron tramos de tubería rectaa la entrada y salida del medidor para propiciarmejores condiciones de medición y se instalaronsensores de presión y temperatura a la entrada delmedidor.Santiago de Querétaro, México, 22 al 24 de Octubrese calibraron a (45, 70 y 100) L/min, siendo GLP elfluido de trabajo.2.5. Medidores ProbadosSe probaron 3 medidores de dos diferentes marcasy diferentes tamaños; sus características principalesse especifican en la Tabla 3.Tabla 3. Características de los medidores.Medidor epetibilidad(%)Medidor 2Medidor 311/21/2450136136 0,025 0,25 0.052.6. Factores de Calibración en Masa UsandoAguaPara la determinación de los factores de calibracióndel medidor Coriolis, usando el Patrón Nacional deFlujo de Líquidos, se utilizó el siguiente modelomatemático,FC mp ,mmmp (magua Ccalibración ) C A CD ,(1)(2)donde mP es la masa de agua colectada en elsistema estático de pesado, mm es la masa de aguaregistrada en el medidor, magua es la masa de aguaregistrada por el sistema de pesado, Ccalibracion es lacorrección de masa según certificado de calibraciónde sistema de pesado, CA es la corrección en lamasa debido al empuje del aire en las pesas y elagua, CD es la corrección en masa debido a laválvula desviadora de flujo.2.7. Factores de Calibración en Volumen UsandoGLPPara la determinación de los factores de calibracióndel medidor Coriolis usando la medida volumétricase utilizó el siguiente modelo matemático,Fig. 3. Instalación del medidor.2.4. Puntos de CalibraciónLa calibración por ambos métodos se realizó en 3caudales diferentes, dentro del alcance de mediciónde 40 kg/min a 100 kg/min. En el modo de masa, losmedidores Coriolis se calibraron a (35, 70 y 100)kg/min, siendo agua el fluido de trabajo; mientrasque en el modo de volumen, los medidores CoriolisCentro Nacional de MetrologíaFC VP ,VmVP V20 Cts Cp ,Vm VL Ctl Cpl ,(3)(4)(5)SM2008-M122-1114-3
Simposio de Metrología 2008Santiago de Querétaro, México, 22 al 24 de Octubredonde VP y Vm son el volumen de GLP en el patróny el medidor, a las condiciones de temperatura yelpresión de la medida volumétrica, V20 esvolumen del patrón a 20 ºC y presión atmosférica,Cts es la corrección por efecto de la temperatura enel cuerpo de la medida volumétrica, Cp eslacorrección por efecto de la presión en el cuerpo e y expresada en mL/MPa, Ctl esla corrección por efecto de la temperatura en elfluido para llevarlo a las condiciones del patrón, Cples la corrección por efecto de la presión en el fluidopara llevarlo a las condiciones de presión del patrón.resultados de la verificación deldesplazamiento positivo cuando espatrón una medida volumétrica,instancia, y un medidor splazamiento Positivo Usando la MedidaVolumétrica y los Medidores Másicos comoPatrón de ReferenciaSe eligió un medidor de desplazamiento positivo conlas características mostradas en la Tabla 4, pararealizar pruebas de verificación usando una medidavolumétrica y usando un medidor Coriolis comopatrones de referencia; estas mediciones serealizaron en forma consecutiva, comenzando conla medida volumétrica y enseguida con cada uno delos medidores, por separado. En las pruebasusando el medidor Coriolis se han considerado losfactores de calibración en masa y en volumenrespectivamente para realizar las correccionescorrespondientes.3.1. Calibración en Modo de MasaLa Tabla 5 muestra los resultados de la calibraciónen modo de masa.Tabla 4. Características del medidor de desplazamientopositivo utilizado para realizar las ModeloAlcance de medición(L/min)Resolución (L)1¼4D19 a 1130,1La determinación de los errores del medidor dedesplazamiento positivo considera correcciones detemperatura y presión en la medida volumétrica y nose realizan correcciones por temperatura y presióndel fluido en el patrón y en el medidor bajo prueba.3. RESULTADOSEn esta sección se presentan los resultados de lacalibración del medidor Coriolis utilizando el PatrónNacional de Flujo de Líquidos en modo de masausando agua y usando la medida volumétrica apresión usando GLP. También se presentan losCentro Nacional de Metrologíamedidor deusado comoen primeraen segundaLa determinación de los errores del medidor dedesplazamiento positivo respecto del medidorCoriolis no considera correcciones por presión o portemperatura por considerar que las diferencias deestas variables en el medidor y en el patrón sondespreciables y sólo se considera la corrección porcalibración en el patrón.Tabla 5. Resultados de la calibración de los medidores enmodo de masa.Caudal(kg/min)3570100Medidor 1Medidor 2Medidor 3Factor decalibraciónFactor decalibraciónFactor decalibración0,999 50,999 50,999 31,000 41,000 21,000 51,000 21,000 10,999 9U, k 2(%)0,033.2. Calibración en Modo de volumenLa Tabla 6 muestra los resultados de la calibraciónen modo de volumen.Tabla 6. Resultados de la calibración de los medidoresconfigurados en volumen usando GLP.Caudal(L/min)4575100Medidor 1Factor decalibración1,000 41,001 81,000 7Medidor 2Factor decalibración1,000 01,000 81,000 7Medidor 3Factor decalibración1,000 70,999 51,000 6U, k 2(%)0,3Tabla 7 Resultados de la verificación del medidor dedesplazamiento positivo usando la medida volumétrica.CaudalMedidavolumétricaMedidor 1-0,1241201,713201,1-0,32SM2008-M122-1114-4
Simposio de Metrología 2008Santiago de Querétaro, México, 22 al 24 de Octubre3.3. Resultados de la Verificación del Medidor deDesplazamiento Positivo Usando la MediaVolumétricaEl error se determinó comparando el volumencorregido de la medida volumétrica por presión ytemperatura contra el volumen registrado en elmedidor de desplazamiento positivo, según lasiguiente expresión,E Vm Vp .Tabla 10. Resultados de la Verificación del Medidor dedesplazamiento positivo usando el Medidor Coriolis 3.Error(6)3.4. Resultados de la Verificación del Medidor deDesplazamiento Positivo Usando los MedidoresMásicos 1, 2 y 3En las Tablas 8 a 10 se muestran los resultados deverificación del medidor de desplazamiento positivousando los medidores Coriolis como referencia. Seincluyen dos columnas para informar sobre el error;la primera corresponde a los resultados obtenidos apartir de la calibración del medidor Coriolis contra elpatrón Nacional de Flujo de Líquidos, usando aguacomo fluido de trabajo; mientras que la segundacolumna considera los resultados de calibración delmedidor Coriolis en el modo de volumen, siendoGLP el fluido de 32%-0,37-0,25-0,39Los errores del medidor de desplazamiento positivodeterminados con cada uno de los medidoresmásicos usando los factores de calibración en masay en volumen son muy similares; de hecho, lasdiferencias no son significativas.En la Fig. 1 se condensan los resultados de loserrores del medidor de desplazamiento positivorespecto de cada medidor tipo Coriolis y respecto dela medida volumétrica.ERROR DEL M EDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSTITIO DETERMINADOSCON: PATRON VOLUMETRICO, M EDIDOR 1, MEDIDOR 2 Y MEDIDOR 31,50Tabla 8. Resultados de la Verificación del Medidor dedesplazamiento positivo usando el Medidor Coriolis 1.1,00MEDIDOR 1 MASAMEDIDOR 1 GLPErrorCaudalL/min1017752Error, rorL/min1007851MEDIDOR 2 GLPMEDIDOR 3 MASAMEDIDOR 3 GLP-0,50Tabla 9. Resultados de la Verificación del Medidor dedesplazamiento positivo usando el Medidor Coriolis 2.CaudalMEDIDOR 2 MASA0,00FMagua%-0,16-0,17-0,10Centro Nacional de MetrologíaFMGLP%-0,19-0,20-0,06M. V.-1,00-1,50020406080100120Flujo [L/min]Fig. 1. Resultados del medidor de desplazamientopositivo.4. DISCUSIÓNPara asegurar un adecuado desempeño de unmedidor Coriolis como medidor de referencia sedebe tomar en cuenta lo siguiente: Verificar el medidor periódicamente; se sugiereque este periodo no sea mayor a 12 meses,pudiendo ser utilizado para este propósito unamedida volumétrica. Verificar el cero conforme las recomendacionesdel fabricante. Energizar el medidor por lo menos 15 min antesde iniciar las corridas de prueba, esto aplica soloal inicio; una vez energizado el medidor puedeser utilizado en forma continua.SM2008-M122-1114-5
Simposio de Metrología 2008 La calibración del medidor debe realizarse enunidades de masa y en densidad, pudiendorealizarse esta calibración con agua como fluidode trabajo.5. CONCLUSIONESSantiago de Querétaro, México, 22 al 24 de Octubre[4 Richard Paton, NEL, “Review of LPG flowmeasurement Technologies and measurementissues”, 2006[5] Proyecto de Norma Oficial Mexicana NOM -023SEDG-2005[6] API MPMS, Chapter 11.2.2, section 2, “VolumeCorrecction Factors”, p.p 5Las diferencias máximas entre los resultados decalibración en los modos de masa (con agua) y enmodo de volumen (con GLP) para los medidoresCoriolis fueron, en promedio, menores que 0,1 %;de lo que se concluye que sí es posible calibrar losmedidores Coriolis con agua y usarlo con otro tipode fluidos como el GLP.Para cumplir con los requisitos de exactitud relativosa la verificación de medidores de GLP, el medidorCoriolisdebe ser calibrado con niveles deincertidumbre menores que 0,1 %.La diferencia promedio presentada en la verificacióndel medidor de desplazamiento positivo calibradocon la medida volumétrica y los medidores másicos(agua y GLP) es del orden de 0,2 %.Los medidores másicos tipo Coriolis calibrados conagua, en unidades de masa y densidad, pueden serutilizados en la verificación de los errores máximostolerados de medidores de despacho de GLP conclase de exactitud 1.5.Los medidores másico tipo Coriolis no exhibieronproblemas de medición por efectos de instalación.AGRADECIMIENTOSPor todas las facilidades dadas para realizar estaspruebas y la disposición de su personal se agradecea las autoridades y personal técnico de cada una delas plantas visitadas.También se agradece a la empresa MYTEC, queamablemente facilitó un medidor Coriolis pararealizar las pruebas.REFERENCIAS[1] OIML R 117 “Measuring systems for liquids otherthan water”, 1995, pp. 17[2] LP GAS Association, Technical MemorandumNo. 77[3] Liquid Petroleum Gas “An investigation into thepractical testing issues”Centro Nacional de MetrologíaSM2008-M122-1114-6
2.8. Verificación de un Medidor de Desplazamiento Positivo Usando la Medida Volumétrica y los Medidores Másicos como Patrón de Referencia Se eligió un medidor de desplazamiento positivo con las características mostradas en la Tabla 4, para realizar pruebas de verificación usando una medida volumétrica y usando un medidor Coriolis como
