Resumen de A new approach to predict the cascade effect in turbine flowmeters applied to liquefied petroleum gas

Tiago Miranda Pereira, Jerson Rogério Pinheiro Vaz

• español

  Los caudalímetros de turbina se aplican ampliamente para cuantificar cantidades transferidas de productos líquidos debido a su precisión y amplio rango operativo. El desarrollo de herramientas matemáticas es importante para analizar y mejorar las predicciones del comportamiento de dichos medidores. La mayoría de los caudalímetros de turbina tienen varias palas, por lo que la determinación de los coeficientes de sustentación y resistencia sigue siendo un desafío. Esto hace que el efecto cascada sea realmente relevante, sin el cual el rendimiento de la turbina puede sobreestimarse mediante el método integral Blade Element Theory (BET). Por lo tanto, el presente trabajo propone una nueva corrección en cascada en el modelo BET para predecir el comportamiento hidrodinámico de caudalímetros de turbina aplicados a Gas Licuado de Petróleo (GLP). El modelo propuesto calcula una corrección del efecto cascada en una sección anular del rotor, para predecir con precisión los coeficientes de sustentación y resistencia en cada sección de la pala. Los parámetros operativos del medidor de turbina axial estudiado se obtienen a partir de modelos computacionales y se comparan con datos de campo de un sistema de medición existente para varias condiciones operativas. Para este análisis se emplean técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD). Para validar el modelo CFD, los resultados computacionales se comparan con los datos in situ adquiridos durante el funcionamiento regular del sistema de medición. Como resultado, el estudio indica que el rendimiento del caudalímetro de la turbina puede predecirse mediante el modelo propuesto basado en BET, en el que los resultados de campo de la velocidad angular y la linealidad se pueden estimar con precisión.

• English

  The measurement of transferred quantities of liquid products is essential in multiple industrial activities. Turbine flowmeters are largely employed, especially in custody transferring applications, due to their high accuracy and wide operational range. Analysis and improvement of turbine meters behaviors require specialized mathematical tools, once the constructive characteristics of multiple blades impose challenges to the determination of lift and drag coefficients. The appliance of the integral method Blade Element Theory (BET) without the evaluation of the cascade effect can lead to overestimation of turbine performance. The present work proposes an innovative and semi empirical cascade effect correction within the BET model to estimate the hydrodynamic behavior of turbine flowmeters in a Liquefied Petroleum Gas (LPG) plant. The model provides a strategy to correct the cascade effect on the rotor annular section, accurately predicting lift and drag coefficients at various blade sections. Operational parameters of the studied turbines, obtained from computer modeling, are compared to field data of an existent plant, in several conditions. Computational fluid dynamics (CFD) techniques are employed for the analysis. The validation of CFD model comprises the comparative analysis between numerical results and in-situ data acquired in the regular operation of the measurement system. The results indicate that the proposed model based on BET is able to predict the turbine flowmeter performance and provides precise estimative for field results of angular velocity and linearity.