Calibración en aire vs. gas natural: qué muestran los factores K de los medidores tipo turbina DN50 y DN80

Una tesis de maestría comparó los factores K de calibración de medidores de gas tipo turbina DN50 y DN80 en seis puntos de caudal operativo por tamaño. El estudio utilizó dos instalaciones de aire atmosférico y dos ajustes de presión de gas natural en una tercera instalación. Las tablas publicadas revelan que el punto de caudal más bajo merece una atención separada. Los valores de aire del DN80 son superiores a los valores de gas a 20 m³/h, mientras que los valores de aire del DN50 son inferiores a 10 m³/h. El recálculo a partir de las tablas impresas también arroja diferencias en el extremo inferior mayores que las desviaciones máximas aire-gas citadas en la narrativa. Este artículo reproduce las tablas, identifica la base de cálculo y explica cómo interpretar la comparación.

Un medidor de gas de turbina con salida de pulsos necesita un factor K para convertir los pulsos en volumen operativo. Un laboratorio puede calibrar un medidor en aire mientras la aplicación prevista utiliza gas natural presurizado. Por lo tanto, un informe de calibración debe mostrar cómo se comporta el factor a lo largo del rango de caudal, particularmente en el punto más bajo previsto para su uso. Un ajuste visualmente cercano en caudales más altos puede ocultar una diferencia en un extremo del rango, y un único promedio no puede mostrar dónde ocurre esa diferencia.

¿Qué tan de cerca coinciden los factores K de aire y gas natural en los seis puntos de caudal probados para cada tamaño de medidor, y la dirección de la diferencia se mantiene igual cerca del extremo inferior? La comparación también verifica si los rangos de desviación reportados en la narrativa pueden describir cada entrada de la tabla impresa. El alcance se limita a los especímenes e instalaciones reportados por Tang (2018).

El Campo de Gas de Chongqing y el Campo de Petróleo y Gas del Centro de Sichuan se probaron al aire a la presión atmosférica local. Las tablas de resultados etiquetan ambas condiciones de aire como 0,1 MPa. La sucursal de Chengdu realizó las pruebas con gas natural a 0,9 y 1,5 MPa. El plan de pruebas de turbina de la tesis enumera seis lecturas por punto de flujo, con un período de adquisición de 60 s. También especifica cuatro rondas de estabilidad separadas por al menos una semana. Las Tablas 5-10 y 5-11 comparan resultados seleccionados de Chengdu a ambas presiones con los resultados medios de cada instalación de aire. Las instalaciones de aire y Chengdu utilizaron instalaciones de referencia diferentes, por lo que la comparación entre sitios cambia tanto la instalación como el gas y la presión.

Kᵢⱼ es el factor para la corrida j en el punto i, Nᵢⱼ es el total de pulsos contados, Vᵢⱼ es el volumen de operación de referencia y n es el número de lecturas repetidas. Kᵢ es el factor medio en el punto i. Las tablas expresan K en m⁻³. Para la verificación editorial a continuación, la diferencia con signo es (K_aire − K_gas) / K_gas × 100%.

Las pruebas de Chongqing mostraron curvas casi superpuestas cuando la temperatura y la presión del aire eran similares. La tesis observó factores K más altos en las pruebas más cálidas a presión de aire similar. En la Tabla 5-10, las cuatro series se encuentran relativamente cercanas entre sí en la mayor parte del rango probado. A 20 m³/h, ambos resultados de aire se elevan por encima de ambos resultados de gas natural. Por ejemplo, Sichuan Central reportó 2323,94 m⁻³ y Chengdu reportó 2285,04 m⁻³ a 0,9 MPa. A 50 m³/h, los dos valores de presión de Chengdu invierten su ordenamiento en relación con 20 m³/h. Esa inversión puntual limita el uso de una única tendencia de presión para explicar la tabla.

Factores K de calibración del medidor de turbina DN80. Redibujado en inglés a partir de Tang (2018), Tabla 5-10; compárese con la Figura 5-7 original. Las líneas rectas conectan los puntos reportados.

En las dos primeras pruebas de Chongqing, las presiones de aire fueron similares y las bandas de temperatura fueron de 16,46–16,56 °C y 16,24–16,47 °C, respectivamente. La tesis reporta una curva de factor K más alta en la primera prueba. En Chengdu, la prueba de gas natural a 1,5 MPa también tuvo una temperatura más alta que la prueba a 0,9 MPa, por lo que las observaciones no separan las dos influencias. A 20 m³/h ambos valores de aire superan ambos valores de gas natural. A 10 m³/h ambos valores de aire son menores. Chongqing reportó 7704,33 m⁻³ frente a 7869,61 m⁻³ de Chengdu a 1,5 MPa. Esa inversión ocurre dentro del rango probado de un único tamaño nominal de medidor.

Factores K de calibración del medidor de turbina DN50. Redibujado en inglés a partir de Tang (2018), Tabla 5-11; compárese con la Figura 5-8 original. Las líneas rectas conectan los puntos reportados.

En el caudal mínimo medido, un par aire-gas natural designado da aproximadamente +1,70 % para DN80 y −2,10 % para DN50 usando la lectura de gas natural como denominador. Incluso cuando primero se promedian las dos instalaciones de aire, esas mismas comparaciones dan +1,63 % y −1,89 %, respectivamente. Estos cálculos utilizan los valores publicados en la tabla redondeados a dos decimales. Muestran la sensibilidad de la interpretación al punto de caudal y a la base de comparación. Un laboratorio que revise una calibración con aire para una aplicación de gas natural debería comparar los caudales de operación correspondientes, indicar la referencia utilizada para cualquier diferencia porcentual y mantener visibles en el informe los resultados de bajo caudal. Los dos tamaños de prueba exhiben aquí direcciones opuestas en el extremo inferior, por lo que agruparlos ocultaría una característica que importa para la verificación. Una comprobación separada de los datos de Chengdu ilustra por qué también debería hacerse una comparación de presión punto por punto. A 70 m³/h para DN80, el factor a 1,5 MPa fue 2286,49 m⁻³ y el factor a 0,9 MPa fue 2279,21 m⁻³, con una diferencia de aproximadamente 0,32 % respecto a la lectura de menor presión. Para DN50 a 40 m³/h, las cifras correspondientes fueron 7829,59 y 7777,02 m⁻³, con una diferencia de aproximadamente 0,68 % sobre la misma base. En ambos casos el porcentaje describe una diferencia entre factores medidos. No es una estimación de incertidumbre ni una tolerancia para servicio.

Los resultados respaldan una revisión específica por punto de flujo de la transferencia de calibración para los medidores de turbina DN50 y DN80 probados. La mayoría de las curvas son relativamente cercanas, pero el flujo medido más bajo produce diferencias claras en direcciones opuestas para los dos tamaños. Cualquier decisión de transferir un factor K debe utilizar la información relevante de flujo, medio, presión e instalación de la calibración real. Estos resultados describen las muestras reportadas y las condiciones de prueba.

Una comparación de seguimiento podría repetir las mediciones cerca del caudal de servicio mínimo de cada medidor y registrar la presión, la temperatura y la incertidumbre junto con los datos de pulso. Igualar la presión y la temperatura cambiando únicamente el gas de prueba, donde el sistema de referencia lo permita, ayudaría a separar un efecto del medio de los efectos de la instalación y de la condición de operación. Probar medidores adicionales mostraría si las direcciones de extremo bajo observadas se repiten más allá de estos especímenes.

La narrativa de la tesis proporciona desviaciones máximas de aire a gas de 0,19% y 0,16% para DN80, y de 0,49% y 0,43% para DN50, en las comparaciones de 0,9 y 1,5 MPa respectivamente. Proporciona 0,32% y 0,67% para las dos presiones de gas natural para DN80 y DN50 respectivamente. La sección seleccionada no especifica una exclusión o denominador que concilie sus máximos de aire a gas con las entradas de menor caudal. Este artículo conserva las cifras del autor tal como se informan y presenta los cálculos independientes de la tabla por separado.

Tang Yixin (2018). Estudio comparativo de la prueba de caudalímetros de gas con aire y gas natural [título traducido]. Tesis de maestría en ingeniería, Universidad del Petróleo del Suroeste. §5.3.1, pp. 69–70 (páginas 77–78 del PDF), Tablas 5-10 y 5-11 y Figuras 5-7 y 5-8 originales. Plan de prueba: Tabla 5-1, p. 60. Ecuaciones: §3.3, p. 18. Los gráficos en inglés utilizan los valores tabulados y se redibujan de forma independiente.

Portada: Betty Carrell, fotografía de archivo del Departamento de Energía de EE. UU. Obra del gobierno de EE. UU. de dominio público según el registro del archivo. Recorte editorial y superposición de título. Registro fotográfico