El principio de medición de la turbina medidora de flujo de gas, es mediante la cuantificación de las revoluciones de la turbina [15]. Así mismo la propuesta de investigar un instrumento rotativo, es de suma importancia para la creación de una norma en base a su calibración con toberas de flujo crítico. Una turbina medidora tiene un rango de trabajo dinámico de por lo menos 10 : 1 sobre el cual la linealidad es especificada. El máximo flujo volumétrico es determinado por factores de diseño relacionados con el tamaño versus la caída de presión y velocidad rotacional máxima. El valor mínimo del flujo volumétrico es determinado por la linealidad específica propia. Por lo tanto pequeñas, variaciones de manufactura inevitables, provocan errores de linealidad en las curvas únicas para cada medidor individual.
2.5.1. Curva de calibración
En la figura 2.8 se describe una curva típica de calibración, de linealidad contra flujo volumétrico expresado en términos de medidas múltiples alternativas [15]. Está medidas múltiples pueden hacerse combinaciones, de las cuales se encuentra en uso. El eje vertical representa en si el error de sistematico, como un porcentaje del flujo volumétrico. El factor N se expresa en términos de número de pulsos, emitidos por un censor dentro del rotor, por el volumen del fluido.
Figura 2.8. Curva característica en una calibración de turbina medidora de flujo de gases, (UVC – curva universal de viscosidad).
El eje horizontal puede ser expresado en términos, de flujo volumétrico o mediante el número de Reynolds (Re). Las calibraciones son preferentemente expresadas en Re o qv, o
curva es una característica observada frecuentemente, a bajos números de Re y es debido a
los efectos del perfil de velocidad.
Una técnica alternativa avanzada, es proveer respuestas en términos de número de Strouhal vs Re o Roshko. Esta aproximación no es muy adoptada, pero esta es particularmente
relevante con alta preescisión, y en aplicaciones de extrema temperatura, porque además permite correcciones de error por compensación de expansión termales del flujo metro. En la calibración de la turbina medidora de flujo de gases, se recomienda hacerse por periodos de tiempo de dos maneras fundamentales; semestrales y anuales [154]. En los periodos anuales se realizan a través de patrones de referencia (mencionados anteriormente en 2.3). En los periodos semestrales la calibración se realiza mediante la utilización de patrones secundarios, tales como turbinas medidoras, medidores de flujo laminar e incluso instrumentos de obstrucción como tubos Venturi y placas de orificio [15].
2.5.2. Requerimientos de la instalación para la calibración
En la instalación de la turbina medidora de flujo de gas, para la calibración anual o semestral se muestra en la figura 2.9. Entre las principales consideraciones para la calibración, los patrones deben tener; el rango apropiado y unidades de cantidad iguales (eg. l/s) y la caída de presión a través del patrón y la turbina, debe ser mínima y no exceder de 100 mm H2O a un flujo de 30 l/s [12]. Esto puede ser realizado mediante el uso de diámetros grandes y tubos rectos apropiados.
Figura 2.9. Diagrama esquemático para la calibración, de la turbina medidora (patrón secundario IR). Por otra parte para la calibración de la turbina medidora la instalación además de requerir de los patrones y de la fuente de aire (la fuente puede ser cualquier tipo de gas), requiere de válvulas y medidores de temperatura y presión.
Como en la mayoría de los procedimientos de calibración se requiere poder controlar el caudal del fluido de trabajo, para las diferentes condiciones de trabajo. Por tal motivo el implemento de una válvula de regulación, es indispensable y sobretodo su instalación corriente arriba del sistema es fundamental. Cuando se utilizan patrones referencia del tipo desplazamiento, es necesario contar con una válvula de cierre rápido.
La medición de presión y temperatura se realiza corriente arriba de la turbina medidora, así como del patrón secundario. En los patrones de transferencia la medición de presión y temperatura, suele ubicarse dentro del mismo.
2.5.3. Procedimiento de calibración
Una vez hecho el montaje de la turbina en el sistema de calibración, y haber cumplido con los parámetros anteriormente señalados se procede a la calibración.
La definición de los puntos a calibrar, están definidos para los servicios semestrales y anuales de la siguiente forma:
Periodo semestral: 20, 40, 60 y 80 por ciento del rango de la turbina;
Periodo anual: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 y 90 por ciento del rango de la turbina.
Para cada punto se realizan tres corridas experimentales, auque por recomendación de la mayoría de los centros metrológicos se recomiendan seis corridas [15]. Una vez establecido los puntos a calibrar se proceden con la prueba.
Mantenga la circulación del fluido, a través del sistema de calibración por 15 minutos. Esto permitirá estabilizar el fluido de trabajo, así como la temperatura del mismo.
Una vez estabilizado el fluido, se procede a fijar mediante la válvula reguladora el flujo volumétrico en el patrón.
Cuando se tenga ajustado el punto de calibración en el patrón, se procede a la lectura de valores de presión, temperatura, pulsos N y frecuencia de los pulsos f.
Por último con los valores obtenidos del patrón y la turbina se procede a realizar un ajuste de curva, utilizando el método de mínimos cuadrados. Por otro lado el cálculo del factor de calibración (Fc), se puede realizar de la siguiente forma:
mT mp q q
Fc= (2.9)
Donde qmp = es el flujo másico del patrón qmT = es el flujo másico de la turbina.
El flujo másico de la turbina se determina con la siguiente ecuación:
Kt N
qmT =ρ (2.10)
Donde N = número de pulsos;
K = constante de diseño en pulsos/m3;
En forma alterna K se puede determinar mediante la siguiente ecuación: p m m mp m q f K ó t q N K = ρ = ρ (2.11)
Donde f es la frecuencia que se mide del rotor de la turbina.