Curso de tuberías para plantas de proceso - 0208 Conexion de Instrumentos

CURSO AVANZADO PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS EN PLANTAS QUÍMICAS, PETROQUÍMICAS, FARMACEUTICAS, NUCLEARES, ALIMENTARIAS, ETC.

0208

LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS.

Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO. Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294.

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CURSO AVANZADO PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS EN PLANTAS DE PROCESO PETROQUÍMICO, NUCLEAR, ETC. LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS.

Índice de la unidad didáctica: 01 LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS. 02 CONEXIÓN PARA EL MANÓMETRO. 03 CONEXIÓN DEL TERMÓMETRO. 04 CONEXIÓN DE CAUDALÍMETROS; (la brida de orificio y el rotámetro). 05 CONEXIÓN PARA LOS NIVELES.

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01 LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS. Gran parte de los instrumentos son colocados por la sección de tuberías y los diseñadores de tuberías deben saber colocar las conexiones de tal forma que aseguren el correcto funcionamiento de los instrumentos. En las páginas siguientes se dan las recomendaciones necesarias para conseguir un correcto montaje de los instrumentos. En esta unidad no se va a intenta instruir sobre el manejo y operación de los instrumentos, excepto en aquéllos casos en que tal discusión ayude a tomar decisiones al diseñador de tuberías. Los elementos principales de una instalación de instrumentos son: ? Un sensor que detecta la condición que se desea controlar. ? Un elemento de control que activado por la señal del sensor varía el agente de control de manera que produzca la deseada condición en el medio controlado. Un ejemplo de un sistema controlado puede ser el control de temperatura en un fluido de proceso, que es calentado por otro fluido (aceite) caliente en un intercambiador. El elemento sensor o de medida puede ser una sonda instalada (dentro de una vaina o “thermowell”) en la tubería de salida del intercambiador. El controlador podría ser un indicador, un registrador, o un controlador de temperatura, el cual puede transmitir una señal neumática a una válvula de control (elemento de control). Si la temperatura del fluido que sale del intercambiador decreciese, la válvula de control se abriría más, permitiendo el paso de mayor cantidad de aceite caliente dentro del intercambiador, haciendo que ascienda la temperatura del fluido de proceso. No obstante, no todas las instalaciones de instrumentación tienen la facultad de controlar; algunas de ellas son utilizadas solamente como indicadoras, en cuyo caso no existe elemento de control y sólo existe un instrumento de indicación en el diagrama del sistema. En todos los casos, control o indicador, existe un sistema de tuberías asociado con el instrumento, este sistema de tuberías puede ser dividido en tres categorías:


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CURSO AVANZADO PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS EN PLANTAS DE PROCESO PETROQUÍMICO, NUCLEAR, ETC. LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS. j Tubería primaria; para transmitir una característica del fluido de proceso, al instrumento controlador

o indicador. Esta tubería debe tener los mismos márgenes de presión y temperatura que la tubería de proceso a la cual está conectada. En tuberías de hasta 3/4", para válvulas de bloqueo se utilizan válvulas de globo o de aguja, ya que son más baratas en estos tamaños que las de compuerta. k Tubería

de la válvula de control; para las conexiones entre los instrumentos y ciertos aparatos, tal

como válvula de control, se requieren el uso de tuberías cuando el medio transmisor de la señal o de presión es un fluido. Normalmente este fluido es aire, el cual es canalizado mediante tubos de plástico o cobre. Se pueden combinar sistemas hidráulicos y neumáticos, en cuyo caso la señal transmitida por el instrumento es neumática y la fuerza de actuación sobre el diafragma es suministrada por un sistema hidráulico. l Tubería

neumática, para transmitir la señal al elemento de control (válvula de control) que actúa de

forma adecuada sobre el sistema. La tubería neumática se usa también para transmitir señales a elementos de indicación o registro distantes, la cual es transmitida mediante tubos de plástico (polietileno) o cobre, normalmente de 1/4" diámetro externo. Las conexiones de las tuberías de cobre y/o polietileno se hacen mediante accesorios tipo compresión. El haz de tubos, es encerrado en una cubierta de plástico o metálica, o montado en unas pequeñas bandejas, ya que estas tuberías requieren un soporte casi continuo; estas bandejas de tubos de para instrumentos deben ser provistas con espacio para tubos de futuras ampliaciones (aproximadamente un 20 a 25 % en exceso), cuando se especifique el número de tubos en cada bandeja.


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02 CONEXIÓN PARA EL MANÓMETRO. En el caso de estos aparatos, el departamento de tuberías se ocupara exclusivamente de la posición del picaje, el accesorio de este (si es necesario) y del tramo de instalación que llega hasta la primera válvula del ramal de conexión del instrumento; la toma se situara en un punto de fácil acceso y que permita una lectura normal

Figura 01; Indicador de presión (en planos).

Figura 02; Conexión de manómetro.

La conexión normal suele ser de l/2", como se ha indicado debe ser instalada en tramos rectos de tuberías, con el fin de obtener una lectura correcta. En la conexión a la tubería de indicadores de presión o manómetros, locales o remotos y controladores de presión,, dependiendo de la especificación, puede ser necesario disponer un refuerzo; es decir un “half coupling”, “socklet”, “weldolet”, o “thredolet”, un tramo de tubería y una válvula de bloqueo, todo ello debe ser reflejado en el “layout”. Esta válvula, suele ser de cierre rápido (bola) preferentemente, deben ser tipo aguja para los manómetros locales, ya que éstas protegen contra incrementos bruscos de presión.


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Figura 03; Detalles de conexión (picaje) para manómetro.

El indicador de presión, o “presure indicator”

⇔

“PI”,

es un manómetro de reloj, o esfera, situado

en el punto de medida, para tomar la presión, su indicación en los “layouts”, se ha reflejado anteriormente. En las instalaciones en las cuales exista la posibilidad de aparición de vibraciones, se debe instalar amortiguadores de pulsaciones entre la válvula y el indicador (rabo de cerdo) y emplear un manómetro con glicerina. La instalación de manómetros en un equipo sujeto a vibraciones, el instrumento debe ser protegido contra las excesivas vibraciones montando el manómetro en una pared, o sobre panel rígido y conectado con un tubo flexible al equipo. Figura 04; Aspecto de un manómetro.

Los líquidos corrosivos deben ser aislados del indicador mediante una membrana flexible, situada entre la válvula y el indicador; de esta forma se mantiene el fluido corrosivo en un lado y el fluido de transmisión de presión en otro. Cuando se trate de medir la presión del vapor, se debe instalar un sifón, consistente en varias vueltas de tubo entre la válvula y el indicador; mediante esta disposición, el sifón se llenara de condensado, protegiendo el indicador de las altas temperaturas de vapor. Los manómetros se deben instalar de forma que no se encuentren bajo los efectos de altas temperaturas que podrían reblandecer las soldaduras internas del instrumento, así como producir errores en la lectura. Los manómetros registradores montados en las salas de control, pueden ser actuados mediante señales neumáticas o de tipo eléctrico, producidas por un transmisor montado en la línea de proceso.


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En los actuados neumáticamente, el fluido de proceso actúa sobre el transmisor directamente, o bien mediante una membrana y un líquido de sellaje. Los transmisores actuados electrónicamente poseen u membrana entre el líquido de proceso y la armadura del manómetro y pueden ser montados localmente si la temperatura no es excesiva.

Figura 05; Aspecto de un transmisor electrónico de presión, para montaje local.

Figura 06; Esquemas del montaje de un transmisor electrónico de presión.

03 CONEXIÓN DEL TERMÓMETRO. El departamento de tuberías se ocupara exclusivamente de situar la toma, tobera, o tubuladura, que permita la instalación del elemento primario para la medida de temperatura que debe ser colocado en la tubería o equipo en el cual quiera ser conocida la temperatura. Estos elementos primarios o sensores están encerrados dentro de un protector, vaina o “thermowell” bañada por el fluido de la tubería, o el equipo, donde se introduce el termómetro o la sonda de medición, y no es necesaria, por tanto, la utilización de válvulas.


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Estas vainas o protectores son fabricados para instalar los instrumentos roscados o embridados, normalmente conectados con tubería de l".

Figura 07; Esquema del montaje de una vaina o “termo-well”, y de su representación en un “layout”.

La toma se situara en un punto de fácil acceso y que permita una lectura fácil. Las características de este tipo de conexión, pueden variar de un proyecto a otro; para conocerlos será preciso acudir a las especificaciones de tuberías correspondientes al trabajo en cuestión. Figura 08; Montaje de vaina e indicador local.

Figura 10; Representación en el “layout” de la toma para termómetro; “temperature indicator” ⇔ “TI” (en planos).

Figura 17.09; Aspecto de vainas y sensores.

Para situar las vainas, es posible fijar algunas normas generales de instalación: j Que

la altura de la conexión resulte accesible, y si el instrumento es de lectura directa, que este

situado a la altura de la vista.


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CURSO AVANZADO PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS EN PLANTAS DE PROCESO PETROQUÍMICO, NUCLEAR, ETC. LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS. k Si el bulbo del termómetro ha de colocarse inclinado en interior de la tubería, la inclinación será en

sentido contrario a la corriente, para conseguir una mejor transmisión de calor. l En

los climas en los que exista peligro de helada, deberán instalarse las camisas de las sondas

termométricas o “thermowell”, de forma que su eje longitudinal este en plano horizontal medio de la tubería, o por debajo del mismo, para evitar que se acumule agua en el interior de la camisa, con peligro de una posterior congelación. Si no existe peligro de una posterior congelación, la posición óptima es por encima de dicho plano, lo que facilita la entrada de líquido, o pasta transmisora, en la camisa.

Figura 11; Descripción de las posiciones típicas para situar las vainas.


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Figura 12; Otras posiciones para situar las vainas.

Figura 13; Dimensiones de las posiciones típicas para situar las vainas.

Figura 14; Transmisor de temperatura con vaina y prolongador.


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Figura 15; Aspecto de indicadores de temperatura.

Figura 16; Aspecto de “thermowell”.

04 CONEXIÓN DE CAUDALÍMETROS; (la brida de orificio y el rotámetro). El medidor de caudal mediante placa de orificio es el más sencillo, barato y popular de los caudalímetros utilizado en plantas de proceso; como se ha indicado, una placa con un orificio es insertada entre dos bridas (normalmente provistas de taladros roscados para tomas de presión), en una línea que transporta un fluido en fase liquida o gaseosa. El funcionamiento de la brida de orificio, se basa en que, si se hace pasar un fluido que circula por un conducto, a través de estrechamiento brusco, la presión del fluido en la pared posterior a dicho estrechamiento, será inferior a la que tenía antes del mismo, que está en relación con el caudal que circula. Esta propiedad física también es empleada para utilizar la brida de orificio, como reductor dinámico de presión. En el caso de estas bridas, el departamento de tuberías se ocupara exclusivamente de su posicionamíento en la instalación, situándola en un punto de fácil acceso y que permita una lectura normal, si tiene indicador local. Figura 17; Instalación de bridas de orificio en líneas separadas en horizontal.


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Figura 18; Instalación de bridas de orificio en líneas separadas verticalmente.

Para líneas de 2" a l2" para las conexiones de bridas de orificio, se utilizan bridas manufacturadas con taladros de l/2" hasta 600 # y de 3/4" para 900 # y mayores. Si el departamento de instrumentación especifica una instalación de placa de orificio para una línea menor de 2", la tubería debe ser incrementada a 2" de diámetro en la zona de medida del aparato. Es conveniente utilizar bridas de tipo deslizante, por facilidad de montaje y tipo de superficie interna más lisa y uniforme; las “welding neck” se deben instalar de forma que se asegure un perfecto alineamiento con la tubería.

Figura 19; Instalación de brida de orificio concéntrico.

Figura 20; Representación en planos de captador para caudalímetro, e indicador.

Para que las mediciones sean correctas, será necesario evitar perturbaciones antes y después de la brida de orificio, por ello es necesario disponer tramos rectos antes y después de la citada brida; las


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longitudes mínimas de dichos tramos, según se indica en las Normas ASA, como se reflejan en la figura siguiente. En las tuberías horizontales, si el fluido esta en fase gaseosa, las tomas para las conexiones de los instrumentos de medida se colocaran en la parte superior de la tubería, para evitar que las gotas de condensado alteren la medición; en el caso de fluidos en fase liquida, las tomas se situaran en la parte inferior para evitar cualquier burbuja que pueda perturbar dicha medición.

Figura 21; Esquema de tramo recto previo y posterior a la brida de orificio y valores para la instalación.


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A veces, es necesario colocar la brida de orificio en un tramo de tubería vertical; normalmente por razones de facilidad de acceso; en este caso es preciso observar las siguientes reglas: j Cuando el fluido sea gas o vapor; La dirección de la corriente deberá ser descendente, para poder

evacuar con facilidad las gotas del fluido que se puedan condensar. k Si

el fluido es líquido; la corriente debe ser ascendente, para dar mayor facilidad de salida a las

burbujas de aire o vapor que puedan formarse en el líquido

Figura 22; Esquema de la instalación de brida de orificio en tubería horizontal.

Figura 23; Aspecto de la instalación de brida de orificio.

Figura 24; Posiciones de los captadores para la instalación con bridas de orificio.


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Las bridas en las tuberías horizontales deberán montarse de tal forma, que las dos tomas para las conexiones de los instrumentos de medida de que van provistas, formen el ángulo que se indica en los dibujos precedentes, salvo otras indicaciones del departamento de instrumentación. El rotámetro , o medidor de área, es otro tipo de indicador de caudal, su principio de medición se basa en el mantenimiento constante del valor de la perdida de presión a través del instrumento, mediante la variación del área de restricción. El rotámetro consiste en un tubo de perfil troncocónico y un flotador. Cuando el caudal aumenta, el flotador asciende dejando mayor sección de paso; la posición del flotador está directamente relacionada con el caudal y, por lo tanto, éste puede ser leído directamente en las marcas del tubo de cristal o registrado electrónicamente. Cuando se trate de instalar rotámetros es preciso utilizar los dibujos de instalación que envíen los fabricantes ya que existen multitud de tipos y tamaños.


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Figura 25; Esquemas de la instalación de un rotámetro.

La figura adjunta muestra una instalación ideal de un rotámetro; el by-pass permite la operación cuando el rotámetro es desmontado para reparación o limpieza. La válvula de retención reduce los problemas producidos por el golpe de ariete. Se deben colocar registros de limpieza y espacio suficiente para el desmontaje del aparato, cuando sea posible, se aconseja la instalación con bridas, con el fin de facilitar el desmontaje.

05 CONEXIÓN PARA LOS NIVELES. 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.

Figura 26; Aspecto externo de niveles visuales.


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Para recipientes altos, varios de estos dispositivos de vidrio pueden ser conectados en el espacio a medir; estos tubos de vidrio están provistos de protectores para evitar que se rompan por la presión; se complementan con accesorios que calientan o enfrían 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 27; Esquema de conexión de niveles visuales, en alzado y perfil.


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Figura 28; Dimensiones de niveles visuales.

Figura 29; Esquema de conexión y dimensiones de transmisor de nivel.

Los manómetros para la medición de la presión diferencial, también se usan para el nivel de líquidos; un lado del manómetro se conecta con un punto bajo, o el fondo del recipiente y la otra rama con un punto de la parte superior del deposito; la presión diferencial entre los dos puntos será una indicación del nivel del líquido. Figura 30; Esquema de conexión de nivel por manómetro diferencial.


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Figura 31; Esquema de conexión de nivel por triple transmisor de presión (manómetro diferencial) sensor de temperatura e integrador de señal

Figura 32; Esquema de conexión y aspecto del nivel por desplazamiento.


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Figura 33; Esquema de montaje y aspecto externo del nivel por radar.

Figura 34; Esquema de la conexión del nivel por radar.


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