Curso de tuberías para plantas de proceso - 0116 Instrumentacion - Descripcion

CURSO DE TUBERIAS PARA PLANTAS DE PROCESO. (Químico, Petroquímico o Farmacéutico). 0116 LA INSTRUMENTACIÓN. INSTRUMENTACIÓN.

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CURSO DE DISEÑO DE TUBERÍAS PARA PLANTAS DE PROCESO (2.005). LA INSTRUMENTACIÓN.

Índice de la unidad didáctica: 01 GENERALIDADES GENERAL IDADES SOBRE SO BRE LA INSTRUMENTACIÓN. INSTRUMENTACIÓN. 02 APARATOS PARA MEDIR LA PRESIÓN; MANÓMETROS. 03 APARATOS APAR ATOS PARA PA RA MEDIR LA TEMPERATURA; TERMÓMETROS. 04 APARATOS PARA MEDIR EL CAUDAL; CAUDALÍMETROS. CAUDALÍMETR OS. 05 APARATOS PARA MEDIR EL NIVEL DE LOS LÍQUIDOS.

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01 GENERALIDADES SOBRE LA INSTRUMENTACIÓN. Los fenómenos y/o transformaciones químicas que se producen en una planta de proceso, exigen un conocimiento preciso de lo que sucede en cada uno de los múltiples equipos de la instalación, por eso en la planta se montan una serie de elementos que permiten conocer lo que ocurre en cada instante y que permiten la toma de decisiones para una óptima operación; estos equipos pueden ser de los siguientes tipos: j Informativos

(de carácter local, o a distancia montado en panel de control).

? Manómetros. ? Termómetros. ? Caudalímetros; bridas de orificio; rotamétros; etc. ? Niveles. ? Toma de muestras. k Protectores. Æ Válvulas de seguridad. Æ Presostatos. Æ Termostatos. Æ Detectores

de nivel.

Æ Detectores

de caudal.

Æ Detectores

de presencia de gas o liquido.

l Operativos; estaciones

o válvulas de control.

En esta unidad, tan solo describiremos los cuatro primeros instrumentos, junto con los conceptos elementales, en los que se basan estos instrumentos informativos, que son los más utilizados en una planta de proceso.



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02 APARATOS PARA MEDIR LA PRESIÓN; MANÓMETROS. La unidad de medida de la presión y del vacío es: ? En el S.I., el Pascal (Pa) que es la fuerza de un Newton (N) sobre una superficie de 1 metro cuadrado (m2); 1 Pa = 1 N/m2 ⇔ 0,000010197 kg/cm2. Al ser tan pequeña, que se usa: ⇒ El kiloPascal (kPa) = 1.000 Pa;

1,0 kg/cm2 ⇔ 98,066 kPa.

⇒ El megaPascal (mPa) = 1.000.000 Pa.

? También se utiliza un múltiplo de Pascal que es el bar = 100.000 Pa = 10 5 Pa. ? Por otro lado tenemos que; 1 atmósfera estándar “at.s” = 1,013 bar. 1 atmósfera técnica = 1 kgf/cm2 = 0,98 bar ? En el sistema anglo-americano la unidad más usual es el PSI (pound square inch) o libra por pulgada cuadrada, si bien, también se utiliza la atmósfera. La presión que interesa medir en la industria de procesos, es la que existe en el interior de tuberías y equipos; es decir, la presión causada por fluidos en el interior de elementos de la instalación; los aparatos que se utilizan para realizar esa medición son: ? Manómetros. ? Vacuométros. ? Manovacuómetros. ? Hidrómetros. El funcionamiento de los manómetros, permite distinguir tres tipos, sobre la base del fundamento utilizado para la determinación de la medida.



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Figura 01; Esquemas del manómetro de tubo de Bourdon y el de membrana.

El llamado manómetro o tubo de Bourdon, es un tubo metálico aplastado y hueco al que llega directamente el fluido; al aumentar la presión, el tubo tiende a estirarse, y ese movimiento se transmite en el extremo libre a un mecanismo de cremallera y piñón (C), o de biela/manivela (B) que acciona la aguja indicadora. Puede estar calibrado al vacío (vacuómetro) o para presión (manómetro). Una variante es cuando el tubo se enrolla en espiral (muelle tubular); se emplea en gases, líquidos y vapores; es de cobre para presiones entre -1,0 y 60,0 kgf/cm 2 y de acero para presiones desde 30,0 a 4.000,0 kgf/cm2. En el manómetro de membrana, o de Schaffer, la presión de fluido se ejerce sobre una membrana, que acciona el mecanismo de la aguja indicadora, bien sea por cremallera y piñón (C), o por biela y manivela, como se observa en el esquema. Estos manómetros sólo se pueden emplear desde

±

1,0

hasta +30,0 kgf/cm2, estando especialmente indicados para baja presión, hasta 2,0 kgf/cm 2 y fluidos viscosos. Cuando se utiliza un fluido transmisor, combinando los dos fundamentos; Bourdon y Schaffer, como en esquema adjunto, se pueden utilizar para presiones de hasta 500,0 kgf/cm 2. El llamado manómetro de muelle de cápsula, o fuelle, es

muy similar al de membrana, pero sólo se

utiliza para presiones y depresiones pequeñas, de 20 a 6.000 mm.c.a., y son más precisos que los tipos anteriores, tanto que se utiliza este tipo de cápsulas en los altímetros. Figura 02; Esquemas del manómetro combinado de

Bourdon & Schaffer, y el de cápsula.



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Todos los tipos de aparatos de medida anteriormente descritos, pueden, o no, tener un muelle de oposición para graduación o recuperación; cuando se desee gran precisión debe emplearse el tipo de fuelle encapsulado; los manómetros miden la presión relativa, aunque existen tipos calibrados que dan la presión absoluta. La escala puede venir dada en kgf/cm2, m.c.a., mm.c.a. y otras unidades menos usuales; cuando vienen calibrados en m. c. a., se le denominan «hidrómetros », y se utilizan para conocer el nivel de llenado de una instalación de gravedad. Debe instalarse siempre un mecanismo protector del aparato de medida, que puede ser el llamado “rabo de cerdo”; así se protege al aparato de las dilataciones y del calor del fluido; asimismo debería instalarse entre la tubería, o equipo, y el manómetro, una válvula, para evitar las variaciones, o choques de presión, que perjudicarían el mecanismo del aparato. Si durante el servicio, no pudiese evitarse la existencia de golpes de presión, deben emplearse manómetros con glicerina, porque amortigua el golpe brusco de la variación de presión. Debe emplearse el tamaño de esfera correcto para su fácil lectura y utilizarse la escala adecuada a la presión de trabajo teniendo en cuenta que la presión de trabajo no debe pasar de 2/3 de la graduación de la esfera cuando la presión sea constante y cuando haya mucha variación de presión, la de trabajo no debe superar la mitad de la graduación de la esfera.



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Figura 03; Factores de transformación para unidades de Presión .



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Figura 04; Esquema del campo de utilización de los diversos tipos de indicadores de Presión.

03 APARATOS PARA MEDIR LA TEMPERATURA; TERMÓMETROS. Los termómetros o aparatos que se emplean para la medida de la temperatura se basan en alguno de estos tres tipos de fenómenos; Termomecánicos, Termoeléctricos, y Ópticos. Las escalas termométricas, o escalas de temperatura, se definen por dos puntos fijos representados por valores atribuidos arbitrariamente a dos cambios de estado físico del agua; la fusión del hielo y la ebullición del agua; ambos a la presión atmosférica (760 mm de Hg.). La escala centígrada (°C) utilizada en procesos industriales en Europa, asigna el valor de 0 °C al punto de congelación del agua o de fusión del hielo; es el punto inferior A. El punto B, es el de la ebullición del agua, que la escala le asigna el valor de 100 °C; la escala se divide en 100 partes iguales, correspondiendo cada una de ellas a un grado centígrado (°C). Las temperaturas por debajo de 0 °C, se denominan “bajo cero”, o negativas, conservando el mismo valor del grado, y la misma longitud de escala. La escala Fahrenheit es utilizada en el mundo anglosajón, asigna el valor de 212 ºF, al punto de ebullición del agua (B), y el valor de 32 ºF, al punto (A), de fusión del hielo; la escala, del punto (B) al punto (A), se divide en 180 partes iguales (212 - 32 = 180 ºF) correspondiendo cada una de ellas a un grado Fahrenheit (°F); siendo igual la longitud del segmento AB, el °C refleja mayor salto de temperatura que el °F, ya que 100 ºC = 180 °F, por ello podemos indicar que: 1 ºC = 1,8 °F; ⇒ 1 ºF = 5/9 °C. Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO. Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].


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Para pasar de una escala a otra se emplean las fórmulas siguientes: t ºC = 5/9 (t °F - 32). t ºF = 1,8 t °C + 32. Los cero °F serán en la escala centígrada; t ºC = 5/9 (0 °F - 32) = 5/9 x - 32 = -17,78 °C. La unidad de medida en el S.I. es el grado Kelvin (ºK), que es la medida de la escala absoluta o termodinámica; la temperatura más baja, que teóricamente puede existir, es la de -273,16 °C, pero nunca se ha podido realmente alcanzar, a esa temperatura se le denomina técnicamente cero absoluto (teóricamente cesaría la actividad atómica). En el esquema adjunto podemos ver que se asigna: ? Al punto de fusión del hielo (A) el valor de 273 °K, (realmente son 273,16 °K) por lo tanto, 0 ºC

=

273,16 °K. ? Al punto (B), correspondiente a la ebullición del agua, se le asigna el valor de 373 °K (100 °K más), como en el caso anterior, el valor real es 373,16°K, manteniendo la diferencia de 100 ºK. Por lo tanto, el salto térmico correspondiente al grado Kelvin, o absoluto, es igual al del grado centígrado. Para diferenciar las escalas, se suele denominar con “T” la temperatura absoluta, o termodinámica. Figura 05; Esquema comparativo de temperaturas.

El montaje de los termómetros debe hacerse teniendo en cuenta sus propias características y las condiciones del entorno, la profundidad de inmersión tiene también su importancia, si es insuficiente, no permite una respuesta rápida y existe el riesgo de un error dinámico, este es inherente a toda medida, ya que se transfiere energía entre el fluido y el elemento sensible, lo que requiere un cierto tiempo. Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO. Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].


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Un termómetro o sonda con una cabeza no aislada, junto con una escasa profundidad de inmersión de la sonda está sujeta a errores, ya que el calor de fluido se pierde en parte a través de las paredes del depósito, o tubería, sin una buena transferencia de calor. Este efecto es tanto más importante, cuanto más baja sea la temperatura y más se aproxime a la temperatura ambiente. Figura 06 Montaje de una sonda o termómetro.

Los termómetros basados en fenómenos termomecánicos, aprovechan la propiedad que tienen las sustancias, de dilatarse por causa del calor; los tipos de termómetro más usuales son: j

Termómetros de vidrio; estos termómetros constan

de un depósito de vidrio que contiene un líquido adecuado, que al dilatarse aumenta de volumen; este aumento sube por el tubo capilar, señalando en la escala, la temperatura, en la figura se ve una protección metálica, que es lo que se llama capilla. Figura 07 Termómetro de mercurio o alcohol.

Las sustancias utilizadas y los márgenes de temperatura, son las siguientes; Mercurio de -35, a +280 °C; Pentano de -200, a +20 °C; Alcohol de -110 a + 50 °C; y Tolueno de -70, a + 100 °C.

k

Termómetros metálicos; usados principalmente en calefacción, se

fundan en la distinta dilatación de dos metales, uno de gran dilatación, como latón, monel o acero; y otro de muy baja dilatación,



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entre - 50 ºC y 100 ºC, como es el “invar” (aleación de Fe y Ni, al 35,5 % Ni), una espiral o una hoja puede laminarse con dos de estos metales, produciéndose el efecto de deformación que se observe en la figura de la pagina siguiente; en este tipo de termómetros, uno de los extremos del elemento bimetálico, está fijo, y el otro dispone de movilidad, extremo móvil, tiene sujeto a él, la aguja indicadora; el conjunto no precisa mantenimiento alguno; la precisión es de + 1 % de la escala y su campo de utilización es de - 200 a + 600 °C.

Figura 08 Termómetro bimetálico y

con sensor de bulbo y

capilar.

l

Termómetros de bulbo y capilar;

constan de un bulbo, conectado mediante un tubo capilar, a

una espiral cuando la temperatura del bulbo cambia, el fluido en el bulbo se expande, o se contrae, y tiende a desenrollar, o enrollar la espiral, moviendo así la aguja indicadora de la temperatura; una variante de este tipo es la que sustituye la espiral, por un diafragma; este tipo de termómetros se distinguen y clasifican, según el fluido que contiene el bulbo y el capilar.

Figura 09 Indicador de temperatura, con sensor de bulbo, capilar, y diafragma.

m

Termórresistencias;

las sondas o sensores de este tipo,

utilizan la propiedad de algunos materiales, normalmente níquel, o platino, en los que se produce un aumento de la Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO. Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].


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resistencia eléctrica, con el incremento de la temperatura en el elemento sensor; es decir, se mide la variación en el paso de corriente eléctrica, debido al cambio en la resistencia eléctrica de la sonda, por efecto del cambio de la temperatura. La sonda de níquel (Ni) es la más barata de las dos, pero no mantiene la misma proporcionalidad de variación de su resistencia eléctrica en todos los valores, con respecto a la variación de la temperatura; comparado con el platino, presenta una mayor variación de la resistencia eléctrica, por cada grado de temperatura. Figura 10; Aspecto de las sondas y “thermowells”.

El platino usado como sonda, sí mantiene la proporcionalidad, siendo el material más adecuado por su precisión y la estabilidad de sus propiedades; existen sondas denominadas Pt-100, Pt-200, Pt-500, y Pt-1.000; el número indica el valor de la resistencia eléctrica expresada en ohmios ( O) que tiene la sonda para una temperatura de 0 °C = 273,16 °K n

Termístores,

o Termístancias ; el fundamento es semejante al anterior, pero una termístancia

disminuye su resistencia eléctrica al aumentar su temperatura; son más precisos y sensibles que las termórresistencias; la termístancia es un elemento semiconductor, que no solo se utiliza para la medición de temperaturas.

o

Termopares;

es la unión de 2 metales que produce una corriente eléctrica, al estar el punto de

medición a distinta temperatura que la base del termopar; la intensidad de la corriente eléctrica producida por el termopar, es variable y está en función de la diferencia de temperaturas. Los metales utilizados en las distintas combinaciones industriales son; el hierro, el cobre, el platino, el radio y aleaciones como crómel (10 % cromo, 90 % níquel), alúmel (2 % manganeso, 1 % silicio, 95 % níquel y 2 % aluminio), o constantan (45 % níquel y 55 % cobre).



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Los termómetros con fundamento óptico, son los llamados pirómetros, se emplean para medidas de temperaturas muy elevadas ( + 1.000 °C); se basan en que la energía radiante que emite un cuerpo, la cual es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (°K) a que está la superficie del cuerpo; el pirómetro mide, por comparación, la energía radiante que se emite en las paredes de hornos, los chorros de llamas de quemadores, etc. y así se conoce la temperatura a que está el elemento

objeto

de

medición.

Figura 11; Campo de medición

de

los

diferentes

tipos

de

termómetros.

04 APARATOS PARA MEDIR EL CAUDAL; CAUDALÍMETROS. Hay tres formas de medición del caudal: j De tipo mecánico (de desplazamiento). k De

carácter diferencial (por diferencia de presión).

l Por

área (empuje).

E1 caudal representa el volumen de fluido (liquido o gaseoso), que pasa por la sección de la tubería en la unidad de tiempo; se puede medir en m3/h, m3/s, dm3/s (litros/s), etc., en el sistema anglosajón,



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se utiliza habitualmente el galón, por ello suele ser expresado en “gpm”, es decir, galones por minuto, también se utiliza el termino de barriles por hora (bph), o por día (bpd), etc. Si dividimos el caudal por la sección de la tubería, el resultado nos da la velocidad con que se mueve cualquier partícula de líquido por la tubería.

j Medición

mecánica del flujo ; la forma más elemental de medición volumétrica, consiste en llenar

y vaciar una cámara de volumen conocido; este tipo de medición se usa en las plantas de proceso para hacer inventario de fluidos en tanques o recipientes de almacenamiento, ya que ciertos procesos requieren, a intervalos regulares, la medición su contenido, como verificación del flujo. E1 contador mide el caudal de los fluidos, llenando y vaciando alternativamente las cámaras de desplazamiento que contiene en su interior; las caídas de velocidad y presión a través del dispositivo, se deben al movimiento de las cámaras, y las válvulas que conectan las cámaras; cada ciclo es contabilizado por engranajes numerados los cuales están visibles. Son medidores relativamente baratos y dan un buen servicio cuando se usan como contadores domésticos de agua y de gas; el problema que presentan las pulsaciones, en el tipo más sencillo de medidor por desplazamiento, queda eliminado en aquellos diseños que utilizan un movimiento oscilante y rotatorio. Teniendo en cuenta que es, básicamente, un dispositivo totalizador, el medidor de desplazamiento se usa con más frecuencia para la medición de una producción total que para registrar cantidades instantáneas de flujo; la mayoría de los medidores de desplazamiento no pueden operar a elevadas presiones y/o temperaturas. Los medidores de desplazamiento se emplean extensamente en las operaciones de llenado y mezclado, cuando se requieren mediciones volumétricas precisas; como en el mezclado de productos costosos, tales como aceites lubricantes, en los que se usan medidores de desplazamiento mecánicamente conectados; en el llenado de barriles o en operaciones de llenado de recipientes se utilizan medidores con interrupción automática.



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k Los

medidores de flujo por presión diferencial, convierten una parte de la energía de presión

de un fluido, en energía cinética; esto se logra colocando en un tubo una restricción u orificio, un Venturi, o una tobera de flujo; si se desprecia la fricción, la caída de presión a través de dicha restricción, se relaciona con el cambio de energía cinética, mediante la siguiente formula: P1 - P 2 = [( V2 2 - V1 2 ) / 2gc ] ρ En la que son: P 1 = Presión a la entrada de la restricción, en lb/pie 2 . P2 = Presión en la restricción o en algún punto tras ella, en lb/pie 2 . V1 = velocidad, en pies/seg, antes de la restricción. V2 = velocidad, en pies/seg, en la restricción o después de ella gc = 32,17 (adimensional). ρ = Densidad del fluido que circula, en lb/pie 3.

Figura 12 Aspecto de la variación de presión en un medidor con placa de orificio.

La ecuación se basa en un flujo ideal sin fricción; en la práctica, los efectos fricciónales consumen una parte de la energía de presión; la manera más conveniente de compensar la pérdida de energía por fricción, ha sido la de introducir una constante empírica, llamada coeficiente de descarga, y que es la relación del flujo real al flujo teórico. Figura 13 Esquema de los medidores de caudal por presión diferencial.



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Hay manuales, como la publicación “Medidores de fluidos” de “ASME”, que presenta las correlaciones del coeficiente de descarga para los diversos tipos de bridas de orificio, medidores Venturi y toberas de flujo y el nº de Reynolds; por medio de dichas tablas se simplifica la solución para el cálculo de flujos y del diámetro del orificio requerido para un flujo y presión diferencial dados. Estos datos hacen posible diseñar y operar medidores diferenciales sin necesidad alguna de calibración, siempre y cuando se hayan seguido los estándares descritos por “ASME”, de construcción e instalación. La placa de orificio es

la restricción más sencilla, barata y usada para medición de flujo; los

medidores de orificio comprenden más del 90 % de la mayoría de las instalaciones medidoras de las plantas de proceso; el valor del coeficiente de descarga varía de 0.59 a 0.62. Las bridas para placas orificio, con tomas en la brida, se pueden obtener de numerosos fabricantes; la placa de orificio se inserta entre estas bridas y las tomas de presión son roscadas en el cuerpo de la brida por el fabricante. Figura 14 Placa de orificio montada.

Las tomas de presión se localizan de manera que cuando las bridas y la placa estén montadas, exista una distancia de 1” entre cada toma y la placa; este es el tipo más habitual de toma de presión; se instalan con facilidad y requieren menos espacio que las tomas de tubería. Cuando las tomas se localizan en la tubería, se sitúan de modo de que la toma de entrada diste 2,5 ∅ de tubería de la placa, y la toma de salida 8,0 ∅ , debido a la gran distancia a que se encuentra

la toma de salida, gran parte de la caída de presión a través del orificio ha sido recuperada; esto puede ser una ventaja para caudales elevados; la diferencia de presión medida por las tomas,



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representa, además de una parte de la presión diferencial originada a través del orificio, las pérdidas de carga por fricción producida a lo largo de la tubería entre tomas; por ello las tomas de tubería no deben usarse para fluidos viscosos, o con sólidos en suspensión, puesto que este tipo de fluidos produce grandes pérdidas de fricción. Con frecuencia los fluidos que sufren evaporación instantánea se miden muy bien con tomas de tubería, ya que los vapores tienen oportunidad de redisólverse antes de llegar a la salida. La placa de orificio más habitual, es la que tiene el orificio con borde cuadrado a la entrada y achaflanado en la salida, como se ve en la sección de la figura precedente; las características dimensionales de este diseño se han estandarizado ya que los datos experimentales y de operación de numerosas instalaciones proporcionan cifras fiables de predicción. Cualquier cambio radical en el orificio de la placa durante su uso, tal como el redondeado de sus bordes por corrosión, o erosión, introducirá un error importante en la medición; por esta razón, las placas de orificio deben ser construidas con los mejores materiales disponibles. La instalación de bridas de orificio deben diseñarse con cuidado; una turbulencia excesiva en puntos cercanos al orificio causará lecturas erróneas; por lo que es necesario que haya una longitud definida de tubería recta, sin obstrucciones; se han desarrollado nomógramas que dan a cada lado del orificio la mínima distancia permisible a una perturbación, tal como una curva del tubo, una reducción, etc.



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Figura 15 Esquema de distancias para montaje de la Placa de orificio a válvulas y accesorios.

El medidor Venturi tiene

un ángulo de llegada de 21° o menor, lo cual elimina las cavidades; el

ángulo de salida es de 7° a 9°, de tal modo, que la expansión al regresar a su tamaño inicial sea uniforme a lo largo de la tobera de salida, y con una elevada recuperación de la presión.

Figura 16 Aspecto del medidor Venturi.



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La baja pérdida de energía debida a la fricción (C = 0,92 a 0,99), es la característica exclusiva de un medidor Venturi; por ello se usa en sistemas de distribución de gas, o de agua a baja presión. Las pérdidas de presión en sistemas con grandes caudales, sube los costos de bombeo y en esos casos el medidor Venturi, por costos de operación resultará más económico. La tobera de flujo,

tiene características intermedias entre las placas de orificio y los tubos de

Venturi; tiene una llegada suavemente redondeada, pero una descarga brusca; es más eficiente que la placa de orificio, pero menos que un medidor Venturi; su costo, es más elevado que una placa de orificio, pero menor que un Venturi.

Figura 17 Detalle de la tobera de flujo montada.

La tobera se coloca por medio de bridas, es muy indicada para la medición de gases que contienen humedad, como el vapor húmedo; estas condiciones causarían erosión en las placas de orificio, pero no afectan a las toberas. Cuando las tomas se localizan en la tubería, se sitúan de modo de que la toma de entrada diste 2,5 ∅ de tubería de la placa, y la toma de salida 8,0 ∅ <, debido a la gran distancia a que se encuentra

la toma de salida, una gran parte de la caída de presión a través del orificio ha sido recuperada; esto puede ser una ventaja para caudales elevados. Para medir la presión diferencial producida por bridas de orificio, tubos de Venturi y toberas de flujo se usan manómetros especiales como los de mercurio, o los de balanza de fuerzas.



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l Los

medidores de área;

en lugar de mantener una restricción constante de área y dejar que la

presión diferencial varíe con el flujo, en los medidores de área la presión diferencial se mantiene constante y se deja variar el área. El tipo más importante de medidor de área es el rotámetro consiste de un tubo de sección cónica alargada y de un flotador; conforme el flujo aumenta, el flotador asciende creando mayor área para el flujo del fluido y manteniendo así una presión diferencial constante a través del flotador; como el área anular varía con el flujo y es directamente proporcional a la altura del flotador, los fabricantes calculan las curvas para rotámetros, de altura del flotador, respecto al flujo, para materiales de distintas viscosidades. Los rotámetros pueden tener tubos medidores de vidrio que permiten la observación visual del flotador, o con tubos medidores de metal con extensiones indicadoras, para transmitir la posición del vástago de extensión a un registrador, o a un controlador; se pueden colocar diversos dispositivos transmisores de tipo electrónico, o neumático. Figura 18 Rotámetro con transmisor eléctrico.

En el caso de flujos viscosos, su caudal se puede medir con mayor exactitud con rotámetros que con placas de orificio; estos medidores son satisfactorios y baratos para instalaciones pequeñas, pero muy costosos para flujos extremadamente grandes.

05 APARATOS PARA MEDIR EL NIVEL DE LOS LÍQUIDOS. Los manómetros para la medición de la presión diferencial, a menudo se usan como instrumentos de nivel de líquidos; un lado del manómetro puede ser conectado con algún punto del fondo de un recipiente y el otro lado con algún Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO. Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].


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punto de la parte superior del nivel del líquido; la presión diferencial entre los dos puntos será una indicación del nivel del líquido. Figura 19 Nivel visual.

Para indicar niveles de líquidos se fabrican varios dispositivos visuales; e1 más ampliamente utilizado consiste en un tubo de vidrio conectado a un tanque o recipiente en sus puntos alto y bajo; para recipientes altos, varios de tales dispositivos de vidrio pueden ser conectados en el espacio a medir. Figura 20 Esquema de montaje de nivel visual.

Estos tubos de vidrio están provistos de protectores para evitar que se rompan por la presión; se complementan con accesorios que proporcionan medios para calentar o enfriar el fluido del nivel; el medio de calentamiento o enfriamiento se conduce a través de un tubo sujeto a la parte posterior del nivel, o dicho tubo puede estar en el seno de la cámara líquida. Figura 21 Tabla de dimensiones del Nivel de tubo de vidrio.

El indicador de nivel de líquido, de tipo flotador,

es probablemente el instrumento más común del

nivel de líquido; este instrumento consiste de un dispositivo flotante, mediante una tubería, está conectado directamente a dos puntos del recipiente, el cambio en el nivel del líquido mueve el flotador.



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El tipo más simple, como se observa en el dibujo, consiste de una esfera flotadora conectada por medio de un brazo que atraviesa el casco del recipiente; el peso del flotador se ajusta con contrapesos de modo que en todo su rango permanezca a medio sumergir, (se genera la máxima fuerza); la cual es transmitida por una palanca

hacia

un

indicador,

directamente

conectados con un sensor neumático, o electrónico, que transmite a un registrador, o controlador, una señal proporcional al nivel. E1 rango de operación de estas unidades es estrecho ± 20” de máximo cambio de nivel. Figura 23 Nivel de tipo esfera flotadora.

El flotador de tipo desplazamiento mide dependiendo del nivel; en este caso se utiliza un flotador cilíndrico largo, que flote libremente en un nivel mínimo (0), y que esté completamente sumergido en el nivel máximo; el principio básico es la variación de fuerza en un dinamómetro; (movimiento para 3 niveles de líquido). Si en lugar de una báscula se usa, como en un tubo de torsión, la torsión del tubo será proporcional al nivel del líquido, se hace que éste movimiento opere un sistema neuma-tico, o electrónico que transmita una presión proporcional a un registrador, una alarma, o un controlador. Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO. Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].


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Figura 24 Principio del medidor de desplazamiento.

El rango de los flotadores de tipo desplazamiento es de 14”; hay flotadores muy exactos, en especial en fluidos de baja densidad; su alta sensibilidad los ha hecho muy habituales en el control y medición de nivel para interfases. Existen otros muchos tipos de dispositivos medidores de nivel; para indicar niveles puede usarse un diafragma colocado en el fondo de un tanque abierto. El movimiento del diafragma puede ser regulado por un sistema neumático de balanza de fuerza y la presión resultante se puede utilizar como medida de la altura del líquido; estas unidades son muy sensibles y útiles para líquidos viscosos con los que no funcionan bien los instrumentos de flotador. Figura 25 Principio del medidor por diafragma.

También se puede emplear dispositivos electrónicos, eléctricos, o de radiación (radar). Estos emplean unidades de celdas fotoeléctricas, radiación gamma y corriente alterna de alta frecuencia; la transferencia de energía fotoeléctrica, las altas frecuencias y la radiación gamma se efectúan por líquidos interpuestos; es decir, sirven para detectar en cualquier momento la posición de un nivel. Figura 26 Esquema de funcionamiento del medidor por radar.



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Para medir niveles en grandes tanques de almacenamiento, se usan flotadores conectados a una cinta móvil; también se utiliza el procedimiento manual, con el que el líquido que se adhiere a una cinta o regla metálica graduada, la cual se hace bajar manualmente hacia adentro del tanque, la zona mojada indica el nivel medido.

Figura 27 Esquema de funcionamiento del medidor por cinta e indicador externo



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Curso de tuberías para plantas de proceso - 0116 Instrumentacion - Descripcion

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