(Instruemntos Procesos Tempreatura Presion y Nivel)Descripción completa
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INEDON 903-HM120-P09-GUD-079 Rev. 0 GUIA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LOS INSTRUMENTOS DE PRESIÓN, TEMPERATURA Y NIVEL
PROCESOS
FECHA
NOV. 09
z
OBJETO
Emisión Original
903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
1
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ELABORÓ Iniciales
REVISÓ Iniciales
APROBÓ Iniciales/Cargo
LV
CR/FA
MJPD/GP ABA/GP
INEDON
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PROCESOS
z d i c e Ín
Página 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 10. 10.1. 10.1.1. 10.1.2. 10.1.3. 10.2. 10.3. 10.3.1. 10.3.2. 10.3.3. 11. 12. 12.1. 12.2. 12.3. 12.4. 12.5. 12.6. 12.7. 13. 14. 14.1. 14.1.1. 14.1.2. 14.1.3. 14.2. 14.3. 14.3.1.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 4 OBJETIVOS ........................................................................................................... 4 USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ...................................................... 5 PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA .................................................................... 5 INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA................................................ 6 ACRÓNIMOS Y SIGLAS ........................................................................................ 7 LECCIONES APRENDIDAS ................................................................................... 8 DEFINICIONES ...................................................................................................... 8 MEDIDORES DE PRESIÓN ................................................................................. 18 Elementos primarios de presión ........................................................................... 19 Tubo Bourdon ....................................................................................................... 19 Fuelle .................................................................................................................... 20 Diafragma ............................................................................................................. 22 Transmisores de presión ...................................................................................... 22 Medidores de vacío .............................................................................................. 24 Medidores de vacío mecánicos ............................................................................ 25 Medidores de vacío térmicos ................................................................................ 25 Medidores de vacío por ionización. ...................................................................... 25 DATOS DE PROCESOS PARA LOS INSTRUMENTOS DE PRESIÓN............... 27 MEDIDORES DE TEMPERATURA ...................................................................... 36 Termómetros bimetálico ....................................................................................... 36 Termómetros de bulbo y capilar ........................................................................... 37 Termómetros de resistencia ................................................................................. 38 Termistores ........................................................................................................... 39 Termopares .......................................................................................................... 39 Pirómetros ............................................................................................................ 41 Termopozos .......................................................................................................... 41 DATOS DE PROCESOS PARA LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA .... 43 MEDIDORES DE NIVEL ....................................................................................... 50 Indicadores visuales ............................................................................................. 50 Indicador de reflexión ........................................................................................... 50 Indicador transparente .......................................................................................... 51 Indicador magnético ............................................................................................. 51 Transmisores por flotación y desplazamiento ....................................................... 52 Transmisores hidrostáticos ................................................................................... 54 Medidor manométrico ........................................................................................... 54
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14.3.2. 14.3.3. 14.4. 14.5. 14.5.1. 14.5.2. 14.5.3. 14.5.4. 15. 16. 17.
z Medidor por burbujeo............................................................................................ 54 Medidor de presión diferencial .............................................................................. 55 Transmisores basados en las características eléctricas del líquido...................... 56 Transmisores sin contacto .................................................................................... 57 Medidores ultrasónicos ......................................................................................... 58 Medidor de radar de microondas .......................................................................... 58 Medidor por radiación ........................................................................................... 58 Medidor láser ........................................................................................................ 59 DATOS DE PROCESOS PARA LOS INSTRUMENTOS DE NIVEL .................... 61 NORMATIVA DE REFERENCIA .......................................................................... 68 REFERENCIAS .................................................................................................... 69 ANEXO 1. HOJA DE DATOS DE PROCESOS (NIVEL, PRESIÓN, TEMPERATURA) ............... 71 ANEXO 2. TABLAS DE REFERENCIA DE TERMOPARES .................................................. 72 ANEXO 3. CARACTERÍSTICAS ADICIONALES DE LOS TERMOPARES Y RTD ....................... 73
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PROCESOS
1.
INTRODUCCIÓN
z
La especificación técnica de los instrumentos de presión, temperatura y nivel es elaborada por la Disciplina de Automatización y Control. Sin embargo, el personal de la Disciplina de Procesos es responsable de establecer los datos referentes a las condiciones de operación de estos instrumentos, por lo que requiere estar familiarizado con los criterios, estándares, normas, formatos y programas usados en Inelectra. Existen dos formas en las que la Disciplina de Procesos puede suministrar los datos de procesos de los instrumentos: 1. A través de una emisión interna de las HdD, para lo cual se han desarrollado unos formatos en MS Excel que contienen los datos básicos de procesos para los instrumentos de presión, temperatura y nivel respectivamente. 2. A través del programa SPI® (Intergraph Corporation), el cual se está siendo usando actualmente como estándar inelectra para las HdD de los instrumentos. El uso de SPI® está sujeto a previa aprobación del Cliente y queda establecido en los Requerimientos del Proyecto. Cada proyecto definirá al inicio de las actividades de ingeniería, cuál de estos procedimientos se seguirá para establecer los datos de procesos. La emisión al cliente de las HdD por parte de la Disciplina de Procesos aplica en los Proyectos donde está establecido que Procesos y Automatización y Control emitan HdD por separado, o cuando no existe apoyo de la Disciplina de Automatización y Control. La recomendación es que la Disciplina de Procesos coloque los datos directamente en la HdD de la Diciplina de Automatización y Control. 2.
OBJETIVOS Los objetivos de este INEDON son: 1. Proporcionar información general sobre los instrumentos de presión, temperatura y nivel existentes. 2. Proporcionar información sobre los criterios de selección y aplicación de los instrumentos de presión, temperatura y nivel.
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PROCESOS
3. Unificar la metodología para zsuministrar los datos de procesos de los instrumentos de presión, temperatura y nivel. 4. Describir los diferentes formatos usados para elaborar las hojas de datos de los instrumentos de presión, temperatura y nivel: HdD de la Disciplina de Procesos y SPI®. 3.
4.
USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA I.
Los criterios especificados por el Cliente tienen prioridad sobre los indicados en este INEDON. Si las especificaciones del Cliente carecen de algún criterio, el Líder de Procesos en el Proyecto solicita la aprobación del Cliente para usar los criterios mostrados aquí.
II.
El usuario de este INEDON tiene la obligación de utilizar la revisión más actualizada de la normativa (normas, códigos, estándares, especificaciones, leyes, etc.) nacional e internacional usada en el Proyecto. Así como, solicitar al Cliente o ente gubernamental correspondiente, la normativa local usada en el país donde se construye la instalación.
PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA Procedimientos para la gestión de la calidad relacionados con este INEDON: Ingeniería (HM010) 903-HM010-A90-TEC-003
Equivalencia de Términos entre Centros de Ejecución
903-P3000-A20-ADM-917
Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas
Gestión de la Calidad (HM060) 903-HM060-G09-ADM-914
Elaboración y Actualización de Instrucciones de Trabajo
Procesos (HM120) 903-P3100-P09-ADM-901
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Bases de Diseño
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PROCESOS
5.
INSTRUCCIONES DE TRABAJO DEz INELECTRA Instrucciones de trabajo relacionadas con este INEDON: Procesos (HM120) 903-HM120-P09-GUD-013
Bases y Criterios de Diseño
903-HM120-P09-GUD-014
Guía para los Datos de Procesos de las Válvulas de Control y Dimensionamiento de los Desvíos
903-HM120-P09-GUD-025
Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación
903-HM120-P09-GUD-054
Guía para Construcción
903-HM120-P09-GUD-065
Guía para el Dimensionamiento Separadores Bifásicos
903-HM120-P09-GUD-067
Dimensionamiento de Líneas de Transporte con Flujo Multifásico
903-HM120-P09-GUD-069
Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión
Selección
de
Materiales de
de los
Diseño Mecánico (HM140) 903-P3060-T05-GUD-X02
Instructivo de Especificaciones de Materiales de Tuberías
903-P3060-T11-GUD-013
Manual de Diseño Mecánico
Automatización y Control (HM160) 903-HM160-I01-GUD-005
Hojas de Datos Instrumentos.
para
Especificación
de
903-HM160-I01-GUD-011
Procedimiento para el Flujo de Trabajo entre Automatización y Procesos en Smartplant Instrumentation
903-P3200-I01-GUD-033
Criterios de Diseño de Automatización y Control.
Las instrucciones de trabajo están relacionadas con este INEDON de manera directa: el INEDON es citado en este documento, o indirecta: el INEDON contiene información adicional para el usuario; pero no es citado en este documento.
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PROCESOS
6.
ACRÓNIMOS Y SIGLAS
z
Español
Ingles
API
American Petroleum Institute
ASME
American Society of Mechanical Engineers
AV
Valor Medido
Actual Value:
BME
Balance de Materia y Energía
Mass and Energy Balance
DBP
Diagrama Básico de Procesos
DFP
Diagrama de Flujo de Procesos
DTI
Diagrama de Tuberías (Cañerías) Piping and e Instrumentación Diagram, PID
FS
Plena escala
HdD
Hoja de Datos
HHLL
Nivel alto alto de líquido
High High Liquid level
HLL
Nivel alto de líquido
High Liquid Level
Instrumentation
Full Scale
IEC INEDON
Process Flow Diagram, PFD
International Commission
Electrotechnical
Inelectra Documento Normalizado
ISA
International Automation
Society
ISO
Organización Internacional de Estandarización
International Organization for Standardization:
LLL
Nivel Bajo de Líquido
Low Liquid Level
LLLL
Nivel Bajo Bajo de Líquido
Low Low Liquid Level
NACE
National Association of Corrosion Engineers
PIP
Process Industry Practices
RTD
Detector de temperatura resistivo
SPI®
Resistance Detector
Temperature
SmartPlant Instrumentation
TC
Termopar
Thermocpuple
TW
Termopozo
Thermowell
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PROCESOS
7.
LECCIONES APRENDIDAS
z
Las Lecciones Aprendidas están disponibles a través de la página de intranet de Ingeniería. El sistema de Lecciones Aprendidas puede contener información adicional para el tema de este INEDON. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, indica lo siguiente “cuando no se encuentre evidencia del uso del Sistema de Lecciones Aprendidas, se levantará una No Conformidad” durante una revisión técnica. 8.
DEFINICIONES Capacitancia (Capacitance) La capacidad o capacitancia es una propiedad de los condensadores eléctricos (capacitores) que relaciona la diferencia de potencial entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en el mismo mediante la siguiente ecuación: Ec. 1 Donde, C
es la capacitancia en Faradays, F
Q
es la carga eléctrica en Coulombs, C
V
es la diferencia de potencial en Voltios, V
Coeficiente de Emisividad (Emissivity) El coeficiente de emisividad (ε), es un número adimensional que relaciona la habilidad de un objeto real para irradiar energía térmica, con la habilidad de irradiar si éste fuera un cuerpo negro
Ec. 2
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z Un cuerpo negro, por consiguiente, tiene un coeficiente ε = 1, mientras que en un objeto real, ε siempre se mantiene menor a 1.
Constante Dieléctrica (Dielectric Constant) La constante dieléctrica de un material es una propiedad relacionada con su permitividad eléctrica. Relaciona la capacidad de almacenamiento de un condensador que contiene un material dieléctrico entre sus placas y la capacidad del mismo condensador al vacío: Ec. 3 Donde, k
es la constante dieléctrica
Cf
es la capacitancia final de un condensador con un material dieléctrico, F
Co
es la capacitancia inicial de un condensador al vacío, F
Cuerpo Negro (Black Body) Cuerpo que absorbe toda la energía radiante que recibe. Experimentalmente es un recinto cerrado con una pequeña abertura. Densidad (Density) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-069. Dieléctrico (Dielectric) Un material dieléctrico es aquel que no conduce electricidad. Ejemplos: vidrio, cerámica, goma. Aunque los términos dieléctrico y aislante son considerados sinónimos, el dieléctrico se usa generalmente para referirse al material aislante entre las placas de un condensador eléctrico. Elemento Sensor (Sensing Element) Elemento directamente sensible a la variable medida.
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Error (Error)
z
Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida. . Exactitud (Accuracy) Grado de conformidad del valor indicado por un medidor en relación con el valor real (Figura 1). Puede ser expresada de dos formas: Porcentaje de Plena Escala (Percent of Full Scale o Percent of Span) o Porcentaje de la Lectura (Actual Reading).
Valor ideal Probabilidad
Exactitud
Exactitud
Precisión Valor ideal
Valor
Precisión
Figura 1. Diferencia gráfica y estadística entre exactitud y precisión. El Porcentaje de Plena Escala, que se denomina en este INEDON con las siglas FS por su nombre en inglés (Full Scale), aplica sólo sobre el valor máximo del campo de medida. Ejemplo: una exactitud de ± ½ % FS en un instrumento con un campo de medida de 0 a 100°C (32 – 212°F) es 0,5°C (1,06 °F). Esto significa que para una medida de 50°C (122 °F) la incertidumbre es igualmente ± 0,5°C (± 1,06 °C), lo que equivale a un error real de ±1% (± 0,9 %). El Porcentaje del Valor Medido, que se denomina es este INEDON con las siglas AV por su nombre en inglés (Actual Value), aplica sobre la medida o lectura y es válido para todo el campo de medición. Ejemplo: la incertidumbre de una medida de 50°C (122 °F) en un instrumento con una exactitud de ± ½ % AV es 0,25°C (0,61 °F). Esto significa que el error real es ±0,5% (±0,5%). Factor de Compresibilidad (Compressibility Factor) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-069.
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PROCESOS
z Gravedad Específica (Specific Gravity)
Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-069. Incertidumbre (Uncertainty) El intervalo dentro del cual se encuentra el valor real de una cantidad medida con una probabilidad establecida. Inductancia (Inductancy) Relación entre el flujo magnético y la intensidad de corriente eléctrica en un Inductor o bobina: Ec. 4 Donde, L
es la Inductancia, H
γ
es el flujo magnético, Wb
I
es la intensidad de corriente eléctrica, A
Instrumento (Instrument) Dispositivo usado directa o indirectamente para medir y/o controlar una variable. El término incluye los elementos primarios, los elementos finales de control (válvulas de control), los dispositivos de cómputo y los dispositivos eléctricos como anunciadores, interruptores y botones. Lazo (Loop) Combinación de dos o más instrumentos o funciones de control, arreglados de tal manera que las señales pasan de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar una variable del proceso. Ley de Stefan-Boltzmann (Stefan-Boltzmann Law) Ley que establece que la intensidad de energía radiante emitida por una superficie real se expresa en función de:
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PROCESOS
z
Ec. 5
Donde, Eemitida
es la energía radiante emitida por unidad de área, W/m2 (BTU/ft2h)
ε
es el coeficiente de emisividad
σ
es la constante de Stefan-Boltzmann, 5.67e-8 W/m4K4 (1.59e-10 BTU/ft4R4h)
As
es el área de la superficie, m2 (ft2)
T
es la temperatura de la superficie, K (R)
Linealidad (Linearity) La aproximación de una curva de calibración a una línea recta especificada. Número de Reynolds (Reynolds Number) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-069. Precisión (Precision) Capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión (Figura 1). Presión de Vapor (Vapor Pressure) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-069. Puente de Wheatstone (Wheatstone Bridge) Instrumento eléctrico que se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida (Figura 2). En condición de equilibrio del puente (V= 0) se cumple que:
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PROCESOS
z
Ec. 6 Donde, R
es la resistencia, Ω
R3
Rx
V R2 R1
Figura 2. Esquema de un puente de Wheatstone Relación de calores específicos (Ratio of Specific Heats) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-069. Reluctancia (Reluctance) La reluctancia magnética es la resistencia que posee un material al verse influenciado por un campo magnético. Es equivalente al inverso de la inductancia. Se define como la relación entre la fuerza magnetomotriz y el flujo magnético en un circuito magnético: Ec. 7 Donde, r
es la reluctancia, Av/Wb (Av = Amperio vuelta)
l
es la longitud del circuito
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PROCESOS
μ
z es la permeabilidad magnética del material, H/m
A
es el área de la sección del circuito, m2
Resistencia (Resistance) La resistencia eléctrica o resistividad se define como la oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica a través de él. En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω. Señal (Signal) Variable física que lleva información sobre otra variable. Existen varios tipos de señales en base al medio usado para la transferencia de la información (Figura 3) La señal medida se refiere a una variable eléctrica, mecánica, neumática o de otro tipo aplicada como entrada a un dispositivo. Ejemplo: en un medidor de flujo, la señal medida puede ser una diferencia de presión la cual es análoga al flujo a través del orificio.
Señal eléctrica Señal neumática (aire de instrumentos u otro gas) Señal hidráulica Señal electromagnética o haz de luz con guía Señal electromagnética o haz de luz sin guía Enlace de datos mediante programación
Figura 3. Representación de varias señales en el DTI (ISA-S5.1). Transductor o Convertidor de Señal (Signal Transducer, Converter) Dispositivo que convierte una señal de transmisión estandarizada a otro tipo.
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PROCESOS
Transmisor (Transmitter)
z
Transductor que responde a una variable medida por medio de un elemento sensor y la convierte en una señal de transmisión estandarizada. Tubería para la Conexión de los Instrumentos de Nivel (Stand Pipe) Sección de tubería usada para colocar las conexiones de los instrumentos de nivel para indicación (local o sala de control) y para el sistema de control (Figura 4). Los principales requerimientos para la tubería de conexión de los instrumentos de nivel son establecidos por la Disciplina de Automatización y Control en el INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200-I01GUD-033.
Figura 4. Ejemplo en un DTI de la tubería para la conexión de los instrumentos de nivel. Viscosidad (Viscosity) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-069
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PROCESOS
9.
z FLUJOGRAMA BÁSICO DE ESPECIFICACIÓN DE PROCESOS
La Figura 5 muestra el flujograma básico de cualquier especificación realizada por la Disciplina de Procesos para los equipos e instrumentos. La adaptación para este INEDON es la siguiente:
1a
1b Conocimiento del alcance del Proyecto
Obtención de la documentación necesaria
2 Conocimiento de las bases, premisas y los criterios
3a Elaboración de las Hojas de Datos o suministro a otras disciplinas
3b Actualización de Otros Productos
Figura 5. Flujograma básico para las especificaciones de Procesos.
1a
Conocimiento del alcance del Proyecto: Saber qué se requiere de la Disciplina de Procesos en un Proyecto está establecido en el alcance. La información necesaria puede estar en los términos de referencia de la Propuesta original para el Proyecto, en la minuta o acta de la reunión de arranque (kickoff meeting), en los cambios de alcance, etc. El alcance varía con el Cliente, la etapa del Proyecto (Ing. Conceptual, Básica, de Detalle, Proyecto IPC, etc.), si la instalación es nueva o se realiza una adecuación para una instalación existente. El conocimiento del alcance del Proyecto es un requerimiento para el personal de la Disciplina de Procesos, el cual incluye al Líder de la Disciplina, los Ingenieros y Especialistas de Procesos.
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PROCESOS
z
1b
Obtención de la documentación necesaria: Bases de Diseño del Proyecto: el documento se puede complementar con información de este INEDON y específica del Proyecto. Normativa usada para el Proyecto: las normas, los códigos, estándares, las especificaciones, leyes, etc. varían en los Proyectos y se requiere obtener la versión más actualizada. Es posible que el documento Bases de Diseño solo nombre la normativa; pero es función de la Disciplina de Procesos, la obtención de la información detallada. BME: ayuda a conocer las características de los fluidos del proceso. DBP: complementa al documento anterior. DTI: el documento representativo de la Disciplina de Procesos. Consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación”, N° 903-HM120-P09-GUD-025. Simulación del proceso: ayuda a conocer las características de los fluidos del proceso, especialmente aquellas que no vengan reflejadas en el BME. Hoja de Datos: contiene información suministrada por la Disciplina de Procesos para la especificación de los equipos y/o instrumentos. Hojas de Datos del Vendedor (en la emisión “como construido” o “conforme a obra”): esta información es indispensable para la evaluación de las instalaciones existentes. Las hojas de datos del vendedor son la fuente más confiable para conocer la especificación de equipos y/o instrumentos.
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PROCESOS
z En el caso de la evaluación de una instalación existente, cualquier documento o información relevante para el análisis es solicitada al Cliente, comenzando en la Propuesta técnica y durante la ejecución del Proyecto. En algunos Proyectos, es alcance de inelectra el levantamiento (relevamiento) de la información existente.
La falta de información origina que la Disciplina de Procesos tenga que realizar consideraciones y suposiciones, las cuales son documentadas y se añaden recomendaciones para obtener información más confiable y disminuir la incertidumbre. 2
Conocimiento de las bases, premisas y los criterios: El documento de Bases de Diseño del Proyecto contiene de manera resumida la información para el dimensionamiento o la especificación de los equipos e instrumentos; pero en algunas ocasiones, la Disciplina de Procesos establece premisas en base a la información de otros Productos propios o de las otras Disciplinas.
3a
Elaboración de la Hoja de Datos o Suministro de datos a otra Disciplina: En el caso de los instrumentos, la Disciplina de Procesos suministra los datos requeridos para la selección y dimensionamiento de los mismos a la Disciplina de Automatización y Control, y esta a su vez a los vendedores. Véase las Secciones 11,13 y 15.
3b
Actualización de otros Productos: Los otros Productos son actualizados con los resultados, por ejemplo el sumario de servicios industriales con el flujo de aire de instrumentos requerido.
10.
MEDIDORES DE PRESIÓN Los manómetros de columna de líquido (tipo U o inclinado) están entre los primeros indicadores de presión desarrollados (Figura 6). Sin embargo estos elementos pueden ser de gran tamaño y no son integrables a lazos de control, por lo que se encuentran normalmente en aplicaciones de laboratorio o como indicadores de presión local [1]. Dependiendo del punto de referencia que usen, pueden medir la presión absoluta, relativa o diferencial.
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PROCESOS
z
P2 Alta Presión
P1 Baja Presión
P2 Alta Presión
a) Manómetro en U
P1 Baja Presión
b) Manómetro inclinado
Figura 6. Tipos de manómetros En cuanto a aplicaciones industriales se refiere, los medidores de presión consisten básicamente en un elemento primario de medición, el cual es normalmente de tipo elástico, y un transmisor que transforma la señal del elemento primario a una señal eléctrica. A continuación se describen primero los elementos primarios y luego los diferentes tipos de transmisores. 10.1.
Elementos primarios de presión Los elementos primarios más empleados en la industria son los de tipo elástico, los cuales se deforman con la presión interna que ejerce el fluido en ellos. Hay tres tipos principales: Tubo Bourdon y sus derivados (espiral y hélice) Fuelle Diafragma metálico.
10.1.1. Tubo Bourdon El Tubo Bourdon (Figura 7a) es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a una aguja indicadora o a un transductor. Este instrumento se usa como indicador local y es comúnmente llamado manómetro.
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PROCESOS
z
Presión del proceso
Presión del proceso
a) Tubo Bourdon
Presión del proceso
b) Espiral
Extremo Libre
c) Helice
Figura 7. Tubo Bourdon y sus derivados [1] El elemento espiral se forma enrollando un tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de su eje central (Figura 7b), mientras que el elemento helicoidal se forma enrollando más de un espiral en forma de hélice (Figura 7c). Estos dos elementos proporcionan un desplazamiento mayor que el Tubo Bourdon en su extremo libre, por lo que son más sensibles y precisos. Los elementos de hélice en particular, suelen tener dos o tres espirales para aplicaciones de baja presión, y hasta 20 espirales para altas presiones [2]. 10.1.2. Fuelle El fuelle es un elemento elástico formado a partir de un tubo fino sin soldadura que se deforma al ser sometido a la presión del fluido. Presión del proceso
Figura 8. Esquema de un Fuelle [2] 903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
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PROCESOS
z
El desplazamiento del fuelle es amplio por lo que se regula con otro elemento llamado muelle calibrador (Figura 8). La función del muelle es utilizar solo una pequeña parte del movimiento del fuelle y así conseguir mayor precisión y duración del instrumento. Según la fuerza de los muelles se obtienen diversos rangos de medida. Los fuelles se pueden emplear como transmisores de presión absoluta, usando configuraciones como las mostradas en las Figura 9a y Figura 9b, pero no como indicadores directos de presión. Si la parte exterior del fuelle representado en la Figura 9b se pone en contacto con la atmosfera se puede medir la presión relativa. Las configuraciones mostradas en las Figura 9c y Figura 9d se emplean en las medidas de presión relativa y/o diferencial y pueden usarse para transmisión e indicación [2].
P vacio
P
a) Doble Fuelle (Equilibrio de movimiento)
b) Fuelle simple (Equilibrio de Fuerzas)
PA
P c) Fuelle simple
PB
d) Doble Fuelle con relleno de líquido
Figura 9. Tipos de fuelles para medición de presión absoluta, relativa y diferencial [2]
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PROCESOS
10.1.3. Diafragma
z
El diafragma consiste en un disco metálico flexible de superficie plana u ondulada (Figura 10a y Figura 10b). También puede estar formado por dos discos soldados en el borde a los que se le ha hecho vacio (Figura 10c y Figura 10d). Al ser sometidos a presión los diafragmas se deforman y este movimiento es registrado mecánica o electromecánicamente. Los diafragmas de doble disco con vacío se usan en las medidas de presión absoluta y los de disco simple para medidas de alta sensibilidad [2].
a) Diaf ragma simple b) Diaf ragma ondulado simple
c) Diaf ragma de cápsula simple “CONVEX”
d) Diaf ragma de cápsula simple “NESTEA”
Figura 10. Tipos de Diafragmas [1] En algunos casos se requiere aislar el elemento primario de medición del fluido, ya sea que el mismo es corrosivo, abrasivo, tiene tendencia a congelarse, a descomponerse, o supera las temperaturas tolerables por el material [1]. En este caso se usa un sello de diafragma, el cual es una pieza llena de un fluido no corrosivo como silicone, que interconecta al elemento primario y al servicio. La única limitación de usar un sello de diafragma es que reduce la exactitud del medidor al añadir un error adicional de 0,5% (FS). 10.2.
Transmisores de presión Los transmisores se clasifican según el principio de funcionamiento en: Extensométricos (string gage) Resistivos (Potentiometric) Magnéticos: inductivos y reluctivos (Inductive / Reluctive) Capacitivos (Capacitance) Piezoeléctricos (Piezoelectric) Ópticos (Optic)
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PROCESOS
z El Cuadro 1 muestra los rangos de aplicación de los diferentes tipos de transmisores de presión y un esquema de su funcionamiento.
Cuadro 1 Características de los diferentes tipos de transmisores de presión [1] [3]. Tipo
Extensométricos
Principio de funcionamiento
Cambio en la resistencia eléctrica de galgas extensométricas cuando son sometidas a tensión
Esquema Silicón fluido (baja presión)
Diafragmas de baja presión
Diafragmas de alta presión
P2
P1
(Baja presión)
(Alta presión)
Sensor
Silicón fluido (alta presión)
Salida
Rango, kPaa (psia)
Max Temp., °C (°F)
0 – 50 (7,3) 0 – 300.000 (43.500) (cement.) 0 – 60.000 (8.700) (silicio difundido)
120 (248)
0 – 50 (7,3) 0 – 30.000 (4.350)
80 (176)
0 – 50 (7,3) 0 – 30.000 (4.350)
80 (176)
Línea de conexión
Resistivos
Variación de la Resistencia eléctrica de un potenciómetro
Al circuito de Puente de Wheastone Fuelle
Presión medida
Fuelle
Cambio de la inductancia en un circuito eléctrico
Presión
Núcleo magnético móvil
Magnéticos
Bobina
Vena magnética
Cambio de la reluctancia en un circuito eléctrico
0 – 50 (7,3) 0 – 30.000 (4.350)
Tubo Bourdon helicoidal
80 (176)
Núcleo
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PROCESOS
z Cuadro 1 cont. Características de los diferentes tipos de transmisores de presión [1] [3].
Nombre
Principio de funcionamiento
Esquema
Rango (bar)
Max Temp. (°C)
0 – 5 (0,7) 50 (7,3) – 60.000 (8.700)
150 (300)
0 – 7.000 (10.000) (electrostaticos) 0 – 96.000 (14.000) (piezoresistivos) 0 – 100 (15) 0 – 6.000 (900) (resonantes)
90 (194)
35 (5) – 400.000 (60.000)
-
P2
Capacitivos
Cambio en la capacitancia debido al desplazamiento de las placas de un capacitor
(Baja presión)
Diafragma
Oscilador de alta frecuencia
C2
salida
C1
P1 (Alta presión)
Piezoeléctricos
Deformación de materiales cristalinos como el cuarzo y titanio, que genera una señal eléctrica
Conector eléctrico Amplificador IC
Elemento de guía
Cristales de cuarzo
Elemento de guía
Electrodo Pieza final
Diafragma
Diodo emisor de Luz
Diodo de referencia
Diodo de medida
Vena opaca
Ópticos
Cambios en la recepción de luz infrarroja debido al movimiento de una vena opaca
Diafragma
Presión medida
10.3.
Medidores de vacío Los medidores de vacío son considerados a parte debido a que deben ser muy sensibles y sus elementos primarios pueden ser diferentes a los convencionales. Se clasifican en los siguientes tipos: Mecánicos Térmicos Ionización
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PROCESOS
10.3.1. Medidores de vacío mecánicos
z
Para medidas de bajo vacio, se pueden emplear elementos de fuelle o diafragma acoplados a transductores del tipo galgas extensométricas o capacitivos. Al ser el elemento primario un dispositivo mecánico, no son adecuados para medidas de alto vacío donde las fuerzas disponibles son muy bajas, estando limitados a valores de aproximadamente 1 mmHg (0,1 kPa; 0,02 psi) [3]. 10.3.2. Medidores de vacío térmicos La conductividad térmica de los gases cambia con la presión en condiciones de vacío. Si un filamento, ubicado dentro de un ambiente de vacío, es calentado por una corriente constante, la temperatura de su superficie será proporcional a la presión del gas ambiente [1]. Entre los elementos térmicos están: el Pirani (Figura 11a), en el cual se mide la corriente necesaria para mantener la temperatura del filamento constante; el termopar (Figura 11b), en el cual se mide la temperatura del filamento; y los elementos bimetálicos, que usan el mismo principio del Pirani pero tienen un rango de medición más elevado.
Cámara de medida (Vacío)
Cámara de referencia
Termopares
Calefactores
Cámara de referencia
Regulador de Tensión
Cámara de medida
Indicador
a) Pirani
Al potenciómetro
Potenciómetro de Calibración
b) Termopar
Figura 11. Esquemas de medidores de presión de vacío térmicos 10.3.3. Medidores de vacío por ionización. Los elementos de ionización se basan en la formación de iones producto de la colisión entre moléculas y electrones. La velocidad de formación de los iones varía directamente con la presión. Los elementos de ionización se dividen en: elementos de cátodo caliente y elementos de cátodo frío.
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PROCESOS
z El elemento de cátodo caliente (Figura 12a) consiste en un cátodo que emite electrones, los cuales colisionan con las moléculas del gas en vacío creando iones. Estos iones, positivamente cargados, son acelerados hacia un ánodo, creando así una corriente que es proporcional al vacío [1].
Ánodo colector
Cátodo
Iones
Al sistema Sistema en vacío en vacío
Medidor de corriente
Ánodo Medidor de corriente
100 mA /Tor Cátodo caliente
Medidor de electrones
Cátodo
Campo magnético
a) Medidor de Ionización de cátodo caliente
b) Medidor de Ionización de cátodo frío
Figura 12. Medidores de presión de vacío por ionización [1] En el elemento de cátodo frío (Figura 12b), los electrones son atraídos de la superficie del ánodo por un campo magnético. Las ventajas del cátodo frío sobre el cátodo caliente son que no hay filamento caliente, no son ven afectados por la entrada de aire al sistema, y son relativamente insensibles a las vibraciones [1]. El Cuadro 2 muestra los rangos de medición de los medidores de vacío descritos en esta sección. Cuadro 2. Características de los medidores de vacío [3] Tipo Mecánicos
Ionización
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Escala
Exactitud
760 -5
Lineal
1%
Logarítmica
alta
0,5 – 10
Termopar Térmicos
Rango (mmHg) -3
Pirani
2 – 10-3
”
”
Bimetal
1 – 10-3
”
”
-3
-13
”
”
-3
-13
”
”
10 – 10
Cátodo caliente
10 – 10
Cátodo Frío
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PROCESOS
z
Para obtener información detallada sobre los criterios de aplicación, instalación y protección de los instrumentos de presión se recomienda consultar: INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control” N° 903-P3200-I01-GUD-033; INEDON “Hojas de Datos para Especificación de Instrumentos” N° 903-HM160-I01-GUD-005; y Normativa nacional e internacional listada en la Sección 16 de este documento
11.
DATOS DE PROCESOS PARA LOS INSTRUMENTOS DE PRESIÓN El Anexo 1 muestra el enlace para el formato de la HdD de los instrumentos de presión, temperatura y nivel. Su contenido está limitado a los datos suministrados generalmente por la Disciplina de Procesos. La Disciplina de Automatización y Control emite una HdD diferente para cada tipo de instrumento, las cuales contienen información técnica específica. Las unidades de medición en el formato de HdD de la Disciplina de Procesos son las más comunes en el sistema habitual de los EUA (US Customary Units) y en el sistema métrico. Sin embargo, las unidades de medición son establecidas por el Cliente e indicadas en las Bases de Diseño del Proyecto. Las siguientes secciones describen los datos requeridos para llenar las HdD de los instrumentos de presión. Los datos se muestran con el nombre y en el orden usado en la HdD de la Disciplina de Proceso. Su equivalente en SPI® se muestra luego del guión. Consulte el Anexo 3 del INEDON “Guía para los datos de procesos de los medidores de flujo y orificios de restricción” N° 903-HM120-P09GUD-077, para conocer los pasos a seguir para entrar SPI® y cargar los datos de procesos de cada instrumento en el módulo correspondiente. A) Datos de identificación - General En la sección superior de todas las HdD de procesos se encuentra la información relevante al Proyecto, la Unidad y el instrumento. La Figura 13 muestra la sección equivalente en el programa SPI®.
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PROCESOS
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Figura 13. Sección de datos de identificación en SPI® Cliente (Client) – N/A Nombre o título del Cliente externo. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Ubicación (Site) – N/A Ubicación geográfica de la planta. Ejemplo: Edo. Anzoátegui, Venezuela. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Unidad (Unit) – N/A Número de la unidad en la planta. Ejemplo: ULSD Unit 590. No de ID (TAG) – N/A Número asignado por la Disciplina de Automatización y Control para identificar el instrumento. Ejemplo: PI-1001. DTI (P&ID) – N/A Número del diagrama de tuberías e instrumentación donde se encuentra referenciado el instrumento. Equipo o línea asociado (Associated line or equipment) – Location Número de identificación completo de la línea o equipo asociado al instrumento. En SPI® la línea o equipo son configurados previamente y el colaborador de procesos los selecciona de un menú desplegable. En caso de que el
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PROCESOS
z instrumento esté asociado a una línea, los datos de la misma, como diámetro y catálogo, se cargan automáticamente.
Los datos de procesos de las líneas pueden ser cargados previamente en SPI®, ya sea por las Disciplina de Automatización y Control o Procesos [4]. En este caso, cuando se abre un instrumento para cargar los datos y se seleccione la línea, el programa pregunta si se desea copiar los datos de procesos asociados dicha línea o no. Los pasos a seguir para cargar los datos de procesos de una línea en SPI® se describen en el Anexo 3 del INEDON “Guía para los datos de procesos de los medidores de flujo y orificios de restricción” N° 903-HM120-P09-GUD-077. Los datos de procesos en SPI® se cargan sólo a líneas y/o instrumentos, más no así a equipos. Servicio (Service) - Service Descripción breve o nombre del fluido del proceso o del servicio industrial que maneja el instrumento. Ejemplos: gas combustible al horno, vapores de tope de la T-1001, agua para la caldera SG-5001. Referencia: DFP, DTI, Lista de Líneas, Lista de Equipos, HdD de Equipos. El servicio viene generalmente especificado en la lista de líneas con un código denominado código de servicio. Se recomienda usar la descripción de este código para ser consistente. B) Condiciones de Operación – Properties /Additional Properties En la siguiente sección de las HdD de procesos se identifican las condiciones de operación del instrumento. La Figura 14 muestra la sección equivalente en el programa SPI®. Fluido (Fluid) – (Véase Additional Properties) En la columna A se especifica si el fluido es líquido (L) o gas (G), mientras que en la columna B se especifica si el fluido es corrosivo (C) o no (NC). Indicar la existencia y cantidad de los componentes que promuevan la corrosión con una nota. Ejemplo: H2S (10 ppm).
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Figura 14. Sección de condiciones en SPI® para los instrumentos de presión. Referencia: Balance de Materia y Energía y la Simulación del proceso. El Diagrama de Materiales del Proyecto puede consultarse para verificar que el material de la línea corresponda a un servicio corrosivo y/o agresivo según los criterios del proyecto. En SPI® el estado del fluido se selecciona de un menú desplegable en la sección General que muestra las opciones de: sólido o polvo, líquido, gas o vapor, agua, y vapor de agua (Figura 15). Al seleccionar la fase del fluido (fluid state) se habilitan los campos que se llenan en la sección de Properties. Temperatura (Temperature) - Temperature En la columna NOR se especifica la temperatura de operación normal, mientras que la columna DISEÑO se especifica la temperatura de diseño del equipo o línea asociada al instrumento.
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PROCESOS
z
Figura 15. Menús desplegables para los campos de estado del fluido y fases del fluido en SPI® En SPI® la temperatura de diseño se especifica en la sección Additional Properties (Véase Figura 14) Referencia: Balance de Materia y Energía, Simulación del proceso (ingeniería Conceptual) y Lista de Líneas, Lista de Equipos, HdD de Equipos (Ingeniería Básica/ Detalle). Presión de Operación (Operating Pressure) – Pressure Presiones de operación normal, máxima y mínima del equipo o línea asociada al instrumento. El uso de un solo valor puede ocasionar que el instrumento carezca de un rango adecuado para operar ante situaciones de fluctuaciones en la operación (Ejemplo: arranque y parada de la unidad). Referencia: Balance de Materia y Energía, Simulación del proceso (Ingeniería Conceptual), Lista de Líneas, Memoria de Cálculos Hidráulicos, HdD de válvulas de control asociadas (Ingeniería de Básica/Detalle). Cada instrumento es analizado por separado con el objeto de establecer las desviaciones de la operación normal en las cuales se desea medir la presión. Si se carece de información apropiada, utilizar ± 20% de la presión normal de operación para especificar las presiones máxima y mínima. Si la presión de diseño es menor a la presión máxima resultante, utilizar la presión de diseño. NO utilizar la presión de diseño por defecto como la máxima de operación, ya que representa una condición anormal que no requiere necesariamente ser medida. Presión de Diseño (Design Pressure) – Design Pressure Presión de diseño del equipo o línea asociada al instrumento.
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z Referencia: Bases y Criterios de Diseño (Ingeniería Conceptual) y Lista de Líneas, Lista de Equipos, HdD de Equipos (Ingeniería de Básica/Detalle).
En SPI® existen dos campos para la presión y temperatura de diseño: Maximum y Minimum. Aquí se especifica el valor mínimo y el máximo de diseño del equipo o línea asociada al instrumento. Ejemplo: vacio total (si aplica). SG (LIQ) / PM (GAS) – Density / Molecular Mass En el caso de los líquidos se especifica la gravedad específica a las condiciones de presión y temperatura de operación normal. En el caso de los gases se especifica el peso molecular. Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso. En SPI® se pueden especificar la densidad o la gravedad específica (Oper. Spec. Gravity) indiferentemente, tanto para líquidos como para gases. Si se especifica la densidad, el programa calcula la gravedad especifica automaticamente y visceversa. Es importante verificar que la Disciplina de Automatización y Control use la base adecuada para el cálculo de la densidad a partir de la gravedad especifica. La base para líquidos es la densidad del agua a 15.6°C (60°F) y 101.3 kPa (14.7 psia) y para los gases es el peso molecular del aire, 28,9 kg/kmol (28,9 lb/lbmol). Viscosidad @ Temp. de operación (Viscosity @ Operating Temp.) Viscosidad dinámica o cinemática del fluido a las condiciones de presión y temperatura de operación normal. Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso. En SPI® existen tres campos tanto para la temperatura de operación, como para las propiedades del fluido: @ Minimum @ Normal y @ Maximum. Estos valores son los que correspondan a las presiones Mínima, Normal y Máxima respectivamente. Dependiendo del caso y la etapa del proyecto, puede que estas condiciones se conozcan pero por lo general solo basta con reportarlas a presión normal de operación.
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Notas (Notes) - Notes
z
En esta sección se especifica la concentración de contaminantes (ejemplo: H2S en ppm) o de particulado sólido, condiciones especiales, o cualquier otra información adicional que pueda ser crítica para la escogencia del medidor y el material del mismo. A demás de las propiedades mencionadas hasta ahora, SPI® solicita los siguientes datos (véase Figura 14): Compressibility Factor de compresibilidad del fluido (Z) a las condiciones de presión y temperatura de operación normal. Este dato es solo requerido para servicio de gas o vapor. Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso. Required range Este campo se llena si hay requerimientos específicos en cuanto al rango de medición del elemento. En general esto viene definido por el fabricante en base a la información de presión máxima y mínima a medir. Angle of repose Se refiere al ángulo de la línea desde 0° para una línea completamente horizontal hasta 90° para una línea completamente vertical. Referencia: maqueta de la planta e isométricos. Corrosive/ Erosive/ Toxic/ Coagulating/ Transparency/ Build-up tendency/ Containing particles/ Pulsations Al igual que en la HdD de procesos, SPI® solicita información sobre si el fluido es corrosivo o no. La existencia y cantidad de los componentes que promuevan la corrosión se indica en la sección de Notes al final de la ventana. Ejemplo: H2S (10 ppm). Se puede indicar también si el fluido es erosivo, toxico, transparente, si tiene tendencia a acumularse en el elemento de medición, si contiene partículas sólidas o si es un flujo pulsante. Es importante especificar estas propiedades
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z para descartar la aplicación de algunos medidores y seleccionar el material adecuado.
C) Ajustes de alarmas - Alarm Cuando se está llenando el formato de HdD para transmisores e interruptores de presión se especifican, en adición a las propiedades mencionadas anteriormente, los puntos de ajuste que apliquen. La Figura 16 muestra la sección equivalente en el programa SPI®.
Figura 16. Sección de ajuste de alarmas en SPI® para instrumentos de presión. La Figura 17 muestra ejemplos de la aplicación de indicadores, transmisores e interruptores de presión con las alarmas típicas del proceso o del sistema de parada de emergencia. Generalmente, los lineamientos para ajustar las alarmas de los instrumentos vienen dados por el cliente y/o licenciante del paquete en el caso que aplique. Estos lineamientos pueden estar reflejados en las Bases y Criterios de Diseño y en el Manual de Operación y Control, o los Manuales de Operación de plantas similares que proporcione el cliente. El Cuadro 3 indica los criterios usados, cuando NO se dispone de otra fuente de información, para establecer los ajustes de las alarmas en transmisores e interruptores de presión. Los valores de ajuste de las alarmas NO se corresponden por defecto con los valores de diseño.
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PROCESOS
PI 001
PT 002
z
PI H 001
HH H PI 002
PT 002
PC 001 PT 001
a) Descarga de bombas. Succión y descarga de compresores
PC 001A
PI 001
PC 001B
PI 001
PT 001
Proceso B.L
PT 001
B.L
PIC 001
PT 001
HH
PI 001
Gas inerte
H L
c) Control de presión en recipientes
b) Líneas de proceso (generalmente productos gaseosos) PC 001
PT 001
Otra señal
PDI 001 PDI 001
PT 001
HH
PT 001 PT 001
PI LL 002
PC 001 PDI H 001
PT 001
PT 001
PT 001
PI 001
H L
PT 002
e) Líneas de combustible a hornos. Presión de los gases de combustión
d) Medidas de presión diferencial en filtros, intercambiadores, lechos de reactores y torres
Figura 17. Ejemplos de aplicaciones y alarmas de instrumentos de presión En la etapa de revisión de la información del vendedor del instrumento, aprobado para compra (squadcheck activities), verificar que los valores de ajuste de las alarmas estén dentro del rango de medición del instrumento.
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PROCESOS
Cuadro 3 Recomendaciones para elz ajuste de las alarmas en transmisores e interruptores de presión. Aplicación
Motivo de alarma
PALL
PAH
PAHH
90-95% Pmáx.
95-100% Pmáx.
90-95% Pmáx.
95-100% Pmáx.
Descarga de bombas y/o compresores (Figura 17a)
Evitar falla de equipos e instrumentos aguas abajo por alta presión.
Líneas de proceso hacia o desde límite de batería (Figura 17b)
Aletar sobre una operación anormal
Presión de recipientes (Figura 17c)
Evitar falla de equipos y/o operación anormal.
90-95% Pmáx.
95-100% Pmáx.
Presión diferencial (Figura 17d)
Alertar sobre taponamiento de equipos o fallas de operación
90-95% DPmáx.
95-100% Pmáx.
Gas combustible a hornos (Figura 17e)
Evitar que se apaguen los quemadores o que haya fuego excesivo
Pmín.
105-110% Pmín.
90-95% Pmáx.
95-100% Pmáx.
Gases de combustión (Figura 17e)
Alertar sobre una combustión anormal
Pmín.
105-110% % Pmín.
90-95% Pmáx.
95-100% Pmáx.
Pmín.
Evitar falla de las válvulas de Pmín. emergencia Pmín.: Mínima presión de operación. Pmax.: Máxima presión de operación. DPmax: Máximo diferencial de presión en operación. Aire de instrumentos a selenoides
12.
PAL
105-110% Pmín.
105-110% % Pmín.
MEDIDORES DE TEMPERATURA La medición de la temperatura es una de las más comunes e importantes en los procesos industriales. A continuación se describen brevemente los medidores de temperatura más utilizados a nivel industrial. Estos se clasifican de acuerdo al principio de medición que utilizan.
12.1.
Termómetros bimetálico Los termómetros bimetálicos (Figura 18) consisten en dos láminas de metales con distintos coeficientes de dilatación unidas en forma recta o curva, formando espirales o hélices. La diferencia de temperaturas provoca la expansión o contracción de los metales, y el movimiento correspondiente se transmite a la aguja indicadora. Estos instrumentos se utilizan en indicación y algunos controles todo-nada [5].
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PROCESOS
z
Frío Extremo Fijo
Metal con mayor coeficiente de dilatación Térmica
Caliente Metal con menor coeficiente de dilatación térmica (Chicago Stainless Equipment)
Figura 18. Termómetro bimetálico [6] 12.2.
Termómetros de bulbo y capilar Los termómetros de bulbo y capilar (Figura 19) constan de un bulbo relleno de un fluido (vapor, gas o líquido) que se expande cuando la temperatura de bulbo cambia. A través de un capilar se transmite la presión del fluido de relleno, la cual hace mover un Tubo Bourdon de espiral, que a su vez mueve la aguja indicadora. Estos instrumentos se emplean principalmente en válvulas autoreguladoras y en indicación de temperatura [5].
Manómetro Tubo capilar
Bulbo relleno de líquido
(Nigbo Gongyao Pressure Gauge Manufactures)
Figura 19. Termómetro de bulbo y capilar [6]
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PROCESOS
Los termómetros de bulbo actuados zsólo por líquido o gas tienen el sistema de medición lleno del fluido, y como su dilatación es proporcional a la temperatura, la escala de medición resulta uniforme. Los termómetros actuados por vapor contienen un líquido volátil y al subir la temperatura aumenta la presión de vapor del líquido cambiando la indicación. La escala de medición en este caso no es uniforme [3]. 12.3.
Termómetros de resistencia Los medidores de resistencia, también llamados RTD por su nombre en inglés, (Figura 20) se basan en el aumento de la resistencia eléctrica de un conductor al aumentar su temperatura. Estos medidores consisten usualmente en un enrollamiento de hilo muy fino, de conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica (Figura 20). El enrollamiento, llamado sonda de resistencia, se conecta a un puente de Wheatstone convencional o a un circuito digital de medida de resistencia.
Material aislante
Hilo conductor
(Emerson - Rosemount) Revestimiento
Figura 20. Termómetro de resistencia Los materiales que se usan normalmente en las sondas de resistencia son platino, níquel y cobre. Para temperaturas criogénicas se pueden usar sondas de germanio. Cada material se caracteriza, entre otras cosas, por su
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PROCESOS
z “coeficiente de temperatura” que expresa la variación de la resistencia del conductor por grado de temperatura [3].
12.4.
Termistores Los termistores son semiconductores electrónicos con un “coeficiente de temperatura” negativo, los cuales presentan variaciones rápidas y extremadamente grandes para los cambios relativamente pequeños de temperatura [3]. Los termistores se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros metales, y están encapsulados en sondas y en discos. Los termistores se conectan a un puente de Wheatstone convencional o a un circuito digital de medida de resistencia. La principal función de estos instrumentos es la medición, compensación y control de la temperatura, y como medidores de temperatura diferencial.
12.5.
Termopares El termopar es un arreglo compuesto por dos alambres de metales diferentes unidos en uno de sus extremos por un punto que se designa como “junta caliente” (Figura 21). Si esta junta se somete a cambios de temperatura se genera una fuerza electromotriz (f.e.m) que se mide en el otro extremo de los alambres, denominado “junta fría” o “junta de referencia”. Los tipos de termopares más comúnmente usados son los establecidos en la norma ISA [7] de acuerdo a los metales constituyentes: Tipo E: cromo soldado con constantán. Tipo T: cobre soldado con constantán. Tipo J: hierro soldado con constantan. Tipo K: cromel soldado con Alumel. Tipo R: platino soldado con platino-rodio al 13%. Tipo S: platino soldado con platino-rodio al 10%. La f.e.m generada es función de la temperatura de ambos extremos, por lo que es necesario referir las mediciones a la temperatura de la junta fría. En el Anexo 2 se muestran los valores de f.e.m-temperatura de cada tipo de termopar para una temperatura de referencia de 0°C. Cuando la junta de fría o de referencia no está a 0°C, los valores de f.e.m son diferentes, por lo que se aplican técnicas de compensación en las que se determina la temperatura de la junta de fría y se corrigen las lecturas de la señal recibida.
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PROCESOS
z
Junta Caliente
Junta Fría
Metal A
Medición de f.e.m Metal B (Emerson - Rosemount)
Figura 21. Termopares [6] La junta caliente de un termopar puede estar completamente desnuda (exposed junction. Figura 22a), cubierta por una vaina protectora y soldada a ella en la punta (grounded junction. Figura 22b), o cubierta por una vaina protectora pero no soldada a ella (ungrounded junction. Figura 22c). La junta expuesta tiene el tiempo de respuesta más rápido y el menor error por conducción y radiación de todos los tipos. Sin embargo, es más común encontrar juntas protegidas por vainas para evitar la corrosión y deformación del termopar [8].
Material aislante
Hilo conductor
Revestimiento a) Junta expuesta
a) Junta soldada
a) Junta no soldada
Figura 22. Tipos de juntas calientes en termopares 903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
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PROCESOS
z
Los medidores más usados a nivel industrial para control temperatura son los RTDs y los termopares. El Anexo 3 contiene una guía general para las aplicaciones de estos instrumentos. 12.6.
Pirómetros Los pirómetros (Figura 23) se basan en la ley de Stefan Boltzmann, que dice que la intensidad de la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo, aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta de mismo. Los pirómetros recolectan la energía radiante y la enfocan en un detector [3].
Figura 23. Pirómetros (IMPAC Electronics) Este tipo de instrumento se utiliza especialmente en equipos de fuego directo como hornos. Su rango normal de medición está entre -30°C y 3900°C, dependiendo de la tecnología utilizada. Ofrecen la ventaja de una rápida respuesta y medición sin contacto. La Figura 24 muestra una guía general de los rangos de temperatura en los que son aplicables cada tipo de medidor de temperatura descrito anteriormente. 12.7.
Termopozos Los termopozos (Figura 25) son dispositivos que se usan para proteger los elementos sensores, específicamente temopares, RTD y termómetros, de daños que puedan derivarse de su exposición al proceso como altas presiones, velocidades, viscosidades, corrosión o abrasión. Están constituidos básicamente por una armadura metálica que envuelve al elemento sensor y hace contacto con el proceso.
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PROCESOS
z Congelación del Agua
C
-272
F
-458 -456 -450 -441 -420
-270 -265-260 -250
-200 -370
Ebullición del Agua
-100 0 100 500 1000 2000 5000
-280 -99
440 1350 31400 85000 17500 Bulbo de Mercurio Bulbo de Gas Bulbo de Vapor Vidrio y Bimetálico Sonda de Resistencia de Níquel Sonda de Resistencia de Platino
Sensor de Germanio Termistor
Se puede usar pero no es recomendado Crome - Constantán
Cobre - Constantán Hierro - Constantán Cromel - Alumel
Platino – Platino Rodio Radiación bajo campo
Radiación alto campo Pirómetro Óptico Espectrof otómetro Paramagnético Germanio
Figura 24. Campo de medida de los instrumentos de temperatura [3] Los termopozos reducen la velocidad de respuesta del instrumento dado que el fluido debe calentar primero la masa del termopozo antes que al elemento sensor. Por lo tanto se recomienda su uso en aplicaciones donde el tiempo de respuesta no es una variable crítica. La especificación de los termopozos se hace teniendo en cuenta los siguientes factores [8]: El material tiene que ser compatible con el fluido y el libraje (rating) de la conexión. La longitud de inserción debe ser tal que se asegure la medición de la temperatura sin efectos de conducción. Para aplicaciones donde se requiera el uso de termopozos NO metálicos se debe considerar el choque térmico y el estrés mecánico del material. Los termopozos tienen que instalarse de tal manera que la vibración del sistema, debida a la velocidad del fluido, sea mínima. 903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
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PROCESOS
z
Figura 25. Termopozos (Emerson – Rosemount) Este último punto requiere especial atención. Si la frecuencia de vibración del termopozo sobrepasa su frecuencia natural, el termopozo vibra hasta su punto de quiebre [8]. La frecuencia de vibración es determinada por la velocidad del fluido y el diámetro del termopozo. Véase el Anexo 3 para consultar las velocidades permitidas de acuerdo al tamaño y diámetro del termopozo. Para obtener información detallada sobre los criterios de aplicación, instalación y protección los instrumentos de temperatura se recomienda consultar: INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control” N° 903-P3200-I01-GUD-033; INEDON “Hojas de Datos para Especificación de Instrumentos” N° 903-HM160-I01-GUD-005; y Normativa nacional e internacional listada en la Sección 16 de este documento
13.
DATOS DE PROCESOS PARA LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA El Anexo 1 muestra el enlace para el formato de la HdD de los instrumentos de presión, temperatura y nivel. Su contenido está limitado a los datos suministrados generalmente por la Disciplina de Procesos. La Disciplina de Automatización y Control emite una HdD diferente para cada tipo de instrumento, las cuales contienen información técnica específica.
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PROCESOS
z Las unidades de medición en el formato de HdD de la Disciplina de Procesos son las más comunes en el sistema habitual de los EUA (US Customary Units) y en el sistema métrico. Sin embargo, las unidades de medición son establecidas por el Cliente e indicadas en las Bases de Diseño del Proyecto.
Las siguientes secciones describen los datos requeridos para llenar las HdD de los instrumentos de presión. Los datos se muestran con el nombre y en el orden usado en la HdD de la Disciplina de Proceso. Su equivalente en SPI® se muestra luego del guión. Consulte el Anexo 3 del INEDON “Guía para los datos de procesos de los medidores de flujo y orificios de restricción” N° 903-HM120-P09GUD-077, para conocer los pasos a seguir para entrar SPI® y cargar los datos de procesos de cada instrumento en el módulo correspondiente. A) Datos de identificación general Las indicaciones para especificar los datos generales son iguales a las de los instrumentos de presión. Véase Sección 11-A). B) Condiciones de Operación– Properties /Additional Properties En la siguiente sección de las HdD de procesos se identifican las condiciones de operación del instrumento de temperatura. La Figura 26 muestra la sección equivalente en el programa SPI®. Fluido (Fluid) – (Véase Additional Properties) Las indicaciones para especificar los datos de esta sección son iguales a las de los instrumentos de presión. Véase Sección 11-B). Presión (Pressure) - Pressure En la columna NOR se especifica la presión de operación normal, mientras que la columna DISEÑO se especifica la presión de diseño del equipo o línea asociada al instrumento. En SPI® la presión de diseño se especifica en la sección Additional Properties (Véase Figura 26) Referencia: Balance de Materia y Energía, Simulación del proceso (ingeniería Conceptual) y Lista de Líneas, Lista de Equipos, HdD de Equipos (Ingeniería Básica/Detalle). 903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
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PROCESOS
z
Figura 26. Sección de condiciones en SPI® para instrumentos de temperatura Temperatura de Operación (Temperature Pressure) – Temperature Temperatura de operación normal, máxima y mínima del equipo o línea asociada al instrumento. El uso de un solo valor puede ocasionar que el instrumento carezca de un rango adecuado para operar ante situaciones de fluctuaciones en la operación. Referencia: Balance de Materia y Energía, Simulación del proceso (Ingeniería conceptual), Lista de Líneas, Memoria de Cálculos Hidráulicos, HdD de válvulas de control asociadas (Ingeniería de Conceptual/Detalle). Cada instrumento es analizado por separado con el objeto de establecer las desviaciones de la operación normal en las cuales se desea medir la temperatura. Si se carece de información apropiada, utilizar ± 20% de la temperatura normal de operación para especificar las temperaturas máxima y mínima. Si la temperatura de diseño es menor a la temperatura máxima resultante, utilizar la temperatura de diseño.
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PROCESOS
NO utilizar la temperatura dez diseño por defecto como la máxima de operación, ya que representa una condición anormal que no requiere necesariamente ser medida. Temperatura de Diseño (Design Temperature) – Design Temperature Temperatura de diseño del equipo o línea asociada al instrumento. Referencia: Bases y Criterios de Diseño (Ingeniería Conceptual) y Lista de Líneas, Lista de Equipos, HdD de Equipos (Ingeniería de Básica/Detalle). En SPI® existen dos campos para la presión y temperatura de diseño: Maximum y Minimum. Aquí se especifica el valor mínimo y el maximo de diseño del equipo o línea asociada al instrumento. Ejemplo: temperaturas criogénicas (si aplica). Máximo Flujo (Max. Flow Rate) – Velocity Flujo máximo posible de operación. Este dato es necesario para seleccionar la forma más adecuada de instalación del termopozo asociado al instrumento de temperatura. Referencia: Balance de Materia y Energía, Simulación, Bases y Criterios de Diseño (Ingeniería básica) y Memoria de Cálculo de Pérdidas de Presión (ingeniería de detalle). SG (LIQ) / PM (GAS) – Density / Molecular Mass En el caso de los líquidos se especifica la gravedad específica a las condiciones de presión y temperatura de operación normal. En el caso de los gases se especifica el peso molecular. Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso. En SPI® se pueden especificar la densidad o la gravedad específica (Oper. Spec. Gravity) indiferentemente, tanto para líquidos como para gases. Si se especifica la densidad, el programa calcula la gravedad especifica automaticamente y visceversa.
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PROCESOS
Es importante verificar que la zDisciplina de Automatización y Control use la base adecuada para el cálculo de la densidad a partir de la gravedad especifica. La base para líquidos es la densidad del agua a 15.6°C (60°F) y 101.3 kPa (14.7 psia) y para los gases es el peso molecular del aire, 28,9 kg/kmol (28,9 lb/lbmol). Factor de Compresibilidad (Compressibility Factor)- Compressibility Factor de compresibilidad del fluido (Z) a las condiciones de presión y temperatura de operación normal. Este dato es solo requerido para servicio de gas o vapor. Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso. En SPI® existen tres campos tanto para la presión de operación, como para las propiedades del fluido: @ Minimum @ Normal y @ Maximum. Estos valores son los que correspondan a las temperaturas Mínima, Normal y Máxima respectivamente. Dependiendo del caso y la etapa del proyecto, puede que estas condiciones se conozcan pero por lo general solo basta con reportarlas a temperatura normal y máxima. Notas (Notes) - Notes En esta sección se especifica la concentración de contaminantes (ejemplo: H2S en ppm) o de particulado sólido, condiciones especiales, o cualquier otra información adicional que pueda ser crítica para la escogencia del medidor y el material del mismo. A demás de las propiedades mencionadas hasta ahora, SPI® solicita los siguientes datos (véase Figura 26): Accuracy Este campo se llena si hay requerimientos específicos en cuanto a la exactitud del elemento. Ejemplo: 0,5% AR. Required range Este campo se llena si hay requerimientos específicos en cuanto al rango de medición del elemento. En general esto viene definido por el fabricante en base a la información de temperatura máxima y mínima a medir.
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PROCESOS
Angle of repose
z
Se refiere al ángulo de la línea desde 0° para una línea completamente horizontal hasta 90° para una línea completamente vertical. Referencia: maqueta de la planta e isométricos. Corrosive/ Erosive/ Toxic/ Oxidizing / Vibrations/ Thermal shock Al igual que en la HdD de procesos, SPI® solicita información sobre si el fluido es corrosivo o no. La existencia y cantidad de los componentes que promuevan la corrosión se indica en la sección de Notes al final de la ventana. Ejemplo: H2S (10 ppm). Se puede indicar también si el fluido es erosivo, toxico o si el sistema pudiese presentar vibraciones o choque térmico. Es importante especificar estas propiedades para descartar la aplicación de algunos medidores y seleccionar el material adecuado. C) Ajustes de alarmas - Alarm Cuando se está llenando el formato de HdD para transmisores e interruptores de temperatura se especifican, en adición a las propiedades mencionadas anteriormente, los puntos de ajuste que apliquen. La sección equivalente en el programa SPI® es similar a la Figura 16. La Figura 27 muestra ejemplos de la aplicación de indicadores, transmisores e interruptores de temperatura con las alarmas típicas del proceso o del sistema de parada de emergencia. Generalmente, los lineamientos para ajustar las alarmas de los instrumentos vienen dados por el cliente y/o licenciante del paquete en el caso que aplique. Estos lineamientos pueden estar reflejados en las Bases y Criterios de Diseño y en el Manual de Operación y Control, o los Manuales de Operación de plantas similares que proporcione el cliente. El Cuadro 4 indica los criterios usados, cuando NO se dispone de otra fuente de información, para establecer los ajustes de las alarmas en transmisores e interruptores de presión.
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PROCESOS
H
TT 001
TE 001
TT 005
TT 001
HH H
TI 002 TT 001
TE 002
TI 001
H
TE 001
TI 001
TT 002
HH H TI 005
L TE 001
TC 001
H
TT 001
z
TI 001
H
TI 001
HH H
TE 001
Proceso
TI 001
TT 003
TE 003
TT 004
TI 004
TT 002
PC 003
PT 003
B.L
B.L
a) Succión y descarga de bombas y compresores, y líneas desde o hacia limites de batería H
FIC 002
FT 002
TC 001
TE 001
FE 002
b) Control de temperatura en hornos
TI 001
TC 001
TT 001
TE 001
TT 001
Quech gas H
FIC 002
FT 002
FE 002
TC 002
TE 002
TI 002
TT 001
TT 002
TE 001
TC 001
Quech gas
c) Control de temperatura en reactores y torres
d) Control de temperatura en intercambiadores
Figura 27. Ejemplos de alarmas asociadas a instrumentos de temperatura Los valores de ajuste de las alarmas NO se corresponden por defecto con los valores de diseño.
En la etapa de revisión de la información del vendedor del instrumento, aprobado para compra (squadcheck activities), verificar que los valores de ajuste de las alarmas estén dentro del rango de medición del instrumento.
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PROCESOS
Cuadro 4 Recomendaciones paraz los puntos de ajuste de interruptores y alarmas de temperatura. Aplicación
Motivo de alarma
TALL
TAL
TAH
TAHH
90-95% Tmáx.
95-100% Tmáx.
Succión bombas y succión y descarga de compresores (Figura 27a)
Alertar sobre una condición de operación anormal
Líneas de proceso hacia o desde límite de batería (Figura 27a)
Aletar sobre una operación anormal
Tmín.
105-110% Tmín.
90-95% Tmáx.
95-100% Tmáx.
Control de temp. en hornos (Figura 27b)
Control de temp. del proceso. Control de temp. en zonas radiante y convectiva y evitar coquificación.
Tmín.
105-110% Tmín.
90-95% Tmáx.
95-100% Tmáx.
Control de temp. en reactores y torres (Figura 27c)
Seguimiento del perfil de temp. para asegurar el control de la reacción.
90-95% Tmáx.
95-100% Tmáx.
90-95% Tmáx.
95-100% Tmáx.
Control de temp. en Aletar sobre una intercambiadores (Figura operación anormal 27d) Tmín.: Temperatura mínima de operación. Tmax.: Temperatura máxima de operación.
14.
Tmín.
105-110% Tmín.
MEDIDORES DE NIVEL Los medidores de nivel se dividen en indicadores visuales y transmisores. Los últimos generan una señal eléctrica, proporcional al nivel, hacia un sistema de control o emergencia. A continuación se describen los indicadores y transmisores de nivel más usados industrialmente.
14.1.
Indicadores visuales Los indicadores de nivel visuales consisten en cajas verticales de metal, conectadas lateralmente al recipiente, que poseen una o dos mirillas de cristal. La caja está sujeta con tornillos mediante abrazaderas y bridas adecuadas, y está unida al stand pipe mediante dos válvulas. Este tipo de medidor puede ser de tres clases:
14.1.1. Indicador de reflexión En el indicador por reflexión (Figura 28a) la mirilla de cristal en contacto con el líquido está provista de ranuras longitudinales que actúan como prismas de 903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
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PROCESOS
reflexión indicando la zona del líquidoz con un color oscuro, casi negro, y la zona superior en contacto con el vapor de color claro. Los indicadores de este tipo son usados con fluidos limpios, claros y no viscosos o corrosivos [9]. No son apropiados para detección de interfases líquido-líquido.
Caja metálica Cristal
Prisma Soportes
b) Indicador Transparente
a) Indicador Reflex
Figura 28. Sección transversal de indicadores visuales (Jerguson) 14.1.2. Indicador transparente El indicador por transparencia (Figura 28b) contiene dos caras de cristal planas y paralelas que permiten ver directamente el nivel, mejorándose la apreciación visual al acoplar una lámpara de iluminación al sistema. Los indicadores de este tipo son usados en aplicaciones que involucren ácidos, cáusticos, líquidos oscuros, sucios o viscosos e interfases líquido-líquido [9]. 14.1.3. Indicador magnético Los medidores magnéticos (Figura 29) consisten en un tubo de metal con un flotador magnético que orienta una serie de cintas magnéticas dispuestas en el exterior y a lo largo del tubo. Estos indicadores se especifican como una alternativa al cristal para fluidos inflamables, corrosivos, tóxicos, de alta presión o temperatura. No se emplean para líquidos sucios o con sólidos suspendidos [9].
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PROCESOS
z
Indicadores
Flotador
Figura 29. Indicador visual magnético Los medidores visuales solo permiten una indicación local y su principal ventaja es la gran seguridad que ofrecen, pudiendo calibrar con ellos la lectura de otros instrumentos de nivel. 14.2.
Transmisores por flotación y desplazamiento Los transmisores por flotación (Figura 30) consisten en un flotador de menor densidad que el líquido, el cual sube o baja según el nivel. Estos sistemas se emplean generalmente en los interruptores de nivel para dar alarmas de alto o bajo nivel, así como para medir el nivel en grandes tanques de almacenamiento, cerrados o al vacío, cuya altura es considerable [10]. La conexión del flotador al sistema de transmisión y/o indicación externa, en el caso de tanques de almacenamiento, puede ser directa (sistema de poleas), magnética, o hidráulica. Los flotadores magnéticos mencionados en la sección 13.1.3, pueden ser utilizados igualmente como transmisores. Este tipo de sistemas se pueden emplear en la medición de interfases líquidolíquido, o de densidad. Se usan en tanques tanto abiertos como cerrados a presión o vacío. Los instrumentos tienen buena precisión y sensibilidad pero presentan el inconveniente de que su rango de medición es bajo, pudiendo medir diferencias en el nivel de solo 2 m [3].
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PROCESOS
z
Sistema de hidráulico
Cables de guía
Pieza magnética y guía Flotador Magnético
Transmisor Flotador
Flotador
Cigüeñal
a) Flotador con sistema b) Flotador con sistema hidráulico magnético
Figura 30. Medidores por flotación Los transmisores por desplazamiento consisten en un flotador cilíndrico parcialmente sumergido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al recipiente (Figura 31). Basado en el principio de Arquímedes, cuando el nivel del líquido baja, la fuerza de empuje que se ejerce sobre el flotador disminuye, lo que resulta en una mayor torsión del tubo. Lo contrario ocurre cuando el nivel de líquido sube. El tubo de torsión transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior.
Palanca
Tubo de Torsión
Transmisor Varilla
Desplazador
Flotador
Figura 31. Medidor por desplazamiento
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PROCESOS
Los medidores por desplazamiento z son generalmente más aceptados en la industria ya que la fuerza se puede medir con más precisión que la posición. Sin embargo, flotadores convencionales se usan ampliamente en aplicaciones secundarias como en los servicios [10]. 14.3.
Transmisores hidrostáticos Existen una amplia gama de medidores cuyo principio de medición es la fuerza que ejerce la columna de líquido sobre ellos. Esta fuerza es función de la altura del líquido y su densidad: Ec. 8 Donde, h
es la altura o nivel del líquido, m (ft)
P
es la presión estática que ejerce el líquido, Pa (lb/s2ft)
g
es la aceleración de gravedad, 9,81m/s2 (32,2 ft/s2)
Todos los medidores hidrostáticos deben estar calibrados para el rango de densidades esperado, debido a cambios de temperatura o composición del líquido. Sin embargo, si la densidad del fluido varía amplia y continuamente se recomienda el uso de compensadores de densidad u otro tipo de instrumento [9]. 14.3.1. Medidor manométrico El medidor manométrico consiste en un sensor de presión suspendido en la parte superior del tanque y sumergido en el líquido. El sensor transmite una señal eléctrica o digital a través de un cable que acompaña al cable de suspensión. Son usados mayormente para medir el nivel de reservorios, pozos o tanques no presurizados, conteniendo líquidos no corrosivos ni agresivos. 14.3.2. Medidor por burbujeo El medidor por burbujeo (Figura 32) consiste básicamente en un tubo sumergido en el recipiente hasta el nivel mínimo, a través del cual se hace pasar un pequeño caudal de aire u otro gas, hasta que burbujea por el extremo
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PROCESOS
z del mismo [10]. La presión necesaria para hacer salir las burbujas es exactamente igual a la de la columna de líquido.
Este método es simple y da buenos resultados con fluidos muy corrosivos o con sólidos en suspensión. No se recomienda su empleo cuando el aire o gas usado perjudica al líquido almacenado o cuando este es muy viscoso, ya que las burbujas no se separarían rápidamente del tubo.
Rotámetro
Entrada de gas
Válvula reguladora
Figura 32. Medidor por burbujeo [10]
14.3.3. Medidor de presión diferencial Los medidores de presión diferencial son unos de los más usados en la industria para la medición de nivel. El instrumento consiste básicamente en un diafragma o muelle en contacto con el líquido que mide la presión hidrostática en el fondo del tanque. La toma de alta presión del medidor se conecta a la parte inferior del recipiente y la toma de baja presión se conecta a la parte superior, si el recipiente es cerrado, o se deja abierta a la atmosfera si es abierto. La Figura 33 muestra un esquema de la instalación de un medidor de presión diferencial en recipientes a presión. En la calibración de estos medidores se deben tener en cuenta las columnas de líquido existentes en las conexiones con el recipiente. Cuando el medidor está por debajo del nivel mínimo del tanque, la toma de alta presión no medirá cero 903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
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z 33a). Es necesario compensar la fuerza debido a la columna de líquido (Figura que ejerce dicha columna con un muelle que recibe el nombre de “muelle de elevación”. Cuando el recipiente es cerrado y existen vapores condensables, la toma de baja presión del medidor se llena de líquido, lo cual que falsearía la lectura del mismo (Figura 33b). En este caso, se debe compensar la fuerza ejercida con un muelle que recibe el nombre de “muelle de supresión” [3].
Transmisor
Celda de ΔP a) Elevación
b) Supresión
Recipiente atmosf érico
Figura 33. Medidores de presión diferencial Entre las ventajas de este tipo de medidor están que puede emplearse para la medida de interfases líquido-líquido y densidades, no tienen partes móviles dentro del tanque, son de fácil limpieza, precisos, confiables y no se ven afectados por fluctuaciones en la presión. 14.4.
Transmisores basados en las características eléctricas del líquido Son de dos tipos: conductivos y de capacidad. El medidor conductivo o resistivo mide la variación de la corriente de un circuito eléctrico creado entre uno o varios electrodos, un relé eléctrico o electrónico y el líquido. El líquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito, y que de este modo el aparato pueda discriminar la separación de fases. Sin embargo la corriente debe ser baja para evitar deterioración del producto [3].
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PROCESOS
El medidor de capacidad (Figura z34) mide la capacidad del condensador formado entre el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. El electrodo tiene forma de probeta de ¼ o ½ pulgadas de diámetro, el cual es adecuado para la mayoría de los líquidos no conductivos y no corrosivos. En las aplicaciones donde el líquido es conductivo o corrosivo, como el agua, la probeta debe estar aislada con teflón [3].
a) Interruptores
b) Sondas de inserción
Figura 34. Medidor por capacidad (Siemens) Estos instrumentos se emplean mayormente como interruptores por alto o bajo nivel (Figura 35a). Los medidores continuos de nivel por capacitancia (Figura 35b) requieren que la constante dieléctrica del líquido no varíe ampliamente, y que el líquido no deje una película sobre la probeta ya que se falsearía la lectura [9]. Ambos tipos de medidores son versátiles, tienen un campo de medida muy amplio, no tienen partes móviles, son resistentes a la corrosión y de fácil limpieza. En el caso de los medidores de capacidad, existe la desventaja de que la temperatura afecta la constante dieléctrica del fluido, lo que puede falsear la lectura. 14.5.
Transmisores sin contacto Entre las tecnologías de medición de nivel sin contacto con el líquido se encuentran el ultrasonido, radar y microondas. Los instrumentos de este tipo determinan el nivel reflejando una señal en la superficie del líquido y midiendo el tiempo que toma en retornar.
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PROCESOS
z
14.5.1. Medidores ultrasónicos Los medidores ultrasónicos (Figura 35a) se basan en la emisión de un impulso sónico. Son adecuados para todo tipo de tanque, de líquidos y de fangos. Presentan el inconveniente de ser sensibles a la temperatura y densidad de los vapores del líquido y dar señales erróneas cuando hay obstrucción en el tanque o cuando la superficie del líquido no es nítida como en el caso de líquidos que formen espumas o agitados [10]. 14.5.2. Medidor de radar de microondas El sistema de radar de microondas (Figura 35b) se basa en la emisión continua de una onda electromagnética (frecuencia: 1 – 300 GHz [10]) que no es influida por la temperatura ni por las variaciones de densidad de los vapores del líquido. Este sistema es adecuado para asfaltos, parafinas y productos muy densos o viscosos, que no sean homogéneos. Como desventaja está la dificultad de operar con materiales de baja constante dieléctrica, debido a la incapacidad para obtener una señal de retorno.
a) Medidor Ultrasónico c) Medidor por Radiación Fuente Radioactiva Detector Radioactivo
b) Medidor de Radar
Figura 35. Tipos de medidores sin contacto (Emerson – Rosemount) 14.5.3. Medidor por radiación El sistema de radiación (Figura 35c) consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado exterior del tanque con un contador Geiger que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente 903-HM120-P09-GUD-077/30/11/2009
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PROCESOS
z continua [3]. Este sistema se emplea en tanques que contengan materiales altamente tóxicos, corrosivos, explosivos o cancerígenos, o cuando la presión de operación es muy elevada, lo cual dificultaría el acceso al tanque para su mantenimiento [10]. Sin embargo, es un sistema costoso y debe cumplir con las leyes sobre protección de radiación.
14.5.4. Medidor láser Los medidores láser consisten en la emisión de un impulso láser u onda láser continua modulada en alta frecuencia. Estos medidores no son influenciados por los cambios de temperatura y presión o las características de los vapores del líquido [3]. El rayo láser emitido tiene muy poca divergencia por lo que puede dirigirse a través de espacios pequeños, siendo ideal para tanques con muchas obstrucciones en su interior. Los medidores sin contacto son recomendados generalmente para servicios sucios, muy viscosos o corrosivos donde las partes mecánicas o eléctricas de otro tipo de instrumento puedan verse afectadas. También son recomendados en tanques agitados. El Cuadro 5 muestra un resumen de los diferentes tipos de medidores de nivel existentes, sus características y aplicaciones más apropiadas. Cuadro 5. Características de los diferentes tipos de medidores de nivel [10] Aplicación en líquidos
Tipo
Max. Temp °C (°F)
Exactitud
Indicadores
370 (698)
Flotadores
Limitaciones
Limpio
viscoso
Lechada / Lodo
Interfase líq.-liq.
25 mm
4
3
1
3
El cristal no es apropiado en algunos procesos
260 (500)
1% FS
4
1
1
3
Sus partes móviles limitan su uso sólo a fluidos limpios.
Desplazadores
450 (842)
0.5% FS
5
1
1
4
Por burbujeo
ilimitada
1-2% FS
4
3
1
3
Introducen sustancias extrañas al procesos; alto mantenimiento
Presión diferencial
650 (1200)
0.1% AV
1
Puede haber taponamiento, por lo que se usan sellos y extensiones.
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Espuma
No recomendado para lechadas o lodos
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PROCESOS
z Cont. Cuadro 5. Características de los diferentes tipos de medidores de nivel [10] Aplicación en líquidos
Tipo
Max. Temp °C (°F)
Ultrasónicos
150 (302)
1% FS
4
4
4
4
Radar
230 (446)
3 mm
4
4
3
1
Interferencia con el aislante o si hay excesiva turbulencia
Interruptores de Microondas
200 (392)
12 mm
4
4
3
4
Interferencia con el aislante
Radiación
ilimitada
6 mm
4
5
5
4
Laser
ilimitada
Interruptores conductivos
980 (1250)
Por capacidad
1100 (2010)
Exactitud
12 mm
3 mm
1-2%FS
Limpio
2
3
4
viscoso
Lechada / Lodo
4
Interfase líq.-liq.
4
1
3
4
3
FS: Percent of full scale AV: Percent of actual value
2
2
Espuma
3
Limitaciones
No son recomendados para espacios de vapor con polvo, espuma o rocío.
3
Requiere licencias ambientales
3
Limitado a líquidos oscuros en tanques con vapores transparentes
2
Pueden detectar interfases liq.-liq. solo entre líquidos conductivos y no conductivos
1
La detección de interfases liq.-líq. o líquidos con espuma es problemática
Aplicabilidad: 1 Pobre 2 Limitada 3 Aceptable
4 Buena 5 Excelente - No Apropiado
Para obtener información detallada sobre los criterios de aplicación, instalación y protección de los instrumentos de nivel, consultar: INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control” N° 903-P3200-I01-GUD-033; INEDON “Hojas de Datos para Especificación de Instrumentos” N° 903-HM160-I01-GUD-005; y Normativa nacional e internacional listada en la Sección 16 de este documento
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15.
DATOS DE PROCESOS PARA LOSzINSTRUMENTOS DE NIVEL El Anexo 1 muestra el enlace para el formato de la HdD de los instrumentos de presión, temperatura y nivel. Su contenido está limitado a los datos suministrados generalmente por la Disciplina de Procesos. La Disciplina de Automatización y Control emite una HdD diferente para cada tipo de instrumento, las cuales contienen información técnica específica. Las unidades de medición en el formato de HdD de la Disciplina de Procesos son las más comunes en el sistema habitual de los EUA (US Customary Units) y en el sistema métrico. Sin embargo, las unidades de medición son establecidas por el Cliente e indicadas en las Bases de Diseño del Proyecto. Las siguientes secciones describen los datos requeridos para llenar las HdD de los instrumentos de presión. Los datos se muestran con el nombre y en el orden usado en la HdD de la Disciplina de Proceso. Su equivalente en SPI® se muestra luego del guión. Consulte el Anexo 3 del INEDON “Guía para los datos de procesos de los medidores de flujo y orificios de restricción” N° 903-HM120-P09GUD-077, para conocer los pasos a seguir para entrar SPI® y cargar los datos de procesos de cada instrumento en el módulo correspondiente. A) Datos de identificación general Las indicaciones para especificar los datos generales son iguales a las de los instrumentos de presión. (Véase Sección 11-A). En la sección General de SPI® se especifica la naturaleza de las fases asociadas al medidor de nivel como Upper Fluid State y Lower Fluid State (Figura 36) Ejemplo: Para medidor de nivel instalado en la bota de un seprador trifásico, el estado de la fases superior e inferior será líquido en ambos campos o líquido y agua. B) Condiciones de Operación– Properties /Additional Properties En la siguiente sección de las HdD de procesos se identifican las condiciones de operación del instrumento de nivel. La Figura 37 muestra la sección equivalente en el programa SPI®.
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Figura 36. Sección para la especificación de datos generales de los instrumentos de nivel en SPI. Las HdD de Procesos se pueden trabajar en dos sistemas de unidades: métricas e inglesas. En SPI® el sistema de unidades viene predeterminado según el proyecto pero el colaborador puede seleccionar, de un menú desplegable, otra unidad de medición para cada campo. Fluido (Fluid) – (Véase Additional Properties) Aquí se especifica si los fluidos son corrosivos (C) o no (NC) (ejemplo: presencia de H2S, Aminas, agua). Indicar la existencia y cantidad de los componentes que promuevan la corrosión con una nota. Ejemplo: H2S (10 ppm). Referencia: Balance de Materia y Energía y Simulación del proceso. El Diagrama de Materiales del Proyecto puede consultarse para verificar que el material de las líneas asociadas al recipiente corresponda a un servicio corrosivo y/o agresivo según los criterios del proyecto. Temperatura de Operación (Operating Temperature) - Temperature Temperatura de operación normal (NOR) y máxima (MAX) del equipo asociado al instrumento. Referencia: Balance de Materia y Energía, Simulación del proceso (ingeniería Conceptuañ/Básica) o Lista de Líneas, HdD de Equipos (Ingeniería de Detalle).
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z
Figura 37. Sección de condiciones de operación en SPI® para instrumentos de nivel. Presión de Operación (Operating Pressure) - Pressure Presión de operación normal (NOR) y máxima (MAX) del equipo asociado al instrumento. Referencia: Balance de Materia y Energía, Simulación del proceso (ingeniería Conceptual/Básica) o Lista de Líneas, HdD de Equipos (Ingeniería de Detalle). Las presiones y temperaturas máximas NO se corresponden con los valores de diseño. Temperatura de Diseño (Design Temperature) – Design Temperature Temperatura de diseño del equipo asociado al instrumento.
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z Referencia: Bases y Criterios de Diseño (Ingeniería Conceptual) y Lista de Líneas, Lista de Equipos, HdD de Equipos (Ingeniería de Básica/Detalle).
Presión de Diseño (Design Pressure) – Design Pressure Presión de diseño del equipo asociado al instrumento. Referencia: Bases y Criterios de Diseño (Ingeniería Conceptual) y Lista de Líneas, Lista de Equipos, HdD de Equipos (Ingeniería de Básica/Detalle). En SPI® existen dos campos para la presión y temperatura de diseño: Maximum y Minimum. Aquí se especifica el valor mínimo y el máximo de diseño del equipo asociado al instrumento. Ejemplo: temperaturas criogénicas (si aplica). Gravedad específica @ Temp. de operación (Density @ Operating Temp.) – Density Gravedad específica del líquido a las condiciones de presión y temperatura de operación normal. En SPI® al seleccionar del menú desplegable (Figura 36) el estado del fluido superior (upper fluid state) como líquido y el del fluido inferior (lower fluid state) como líquido o agua (water), el programa activa automáticamente las casillas para especificar la densidad o gravedad específica de ambas fases. De lo contrario se activará la casilla de densidad solo para el fluido inferior y la de peso molecular para el fluido superior. Si se selecciona el fluido superior como vapor de agua (steam) el programa pide la densidad del mismo. Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso. En SPI® se pueden especificar la densidad o la gravedad específica (Oper. Spec. Gravity) indiferentemente, tanto para líquidos como para gases. Si se especifica la densidad, el programa calcula la gravedad especifica automaticamente y visceversa. Es importante verificar que la Disciplina de Automatización y Control use la base adecuada para el cálculo de la densidad a partir de la gravedad especifica. La base para líquidos es la densidad del agua a 15.6°C (60°F) y 101.3 kPa (14.7 psia) y para los gases es el peso molecular del aire, 28,9 kg/kmol (28,9 lb/lbmol).
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Viscosidad @ Temp. de operación z(Viscosity @ Operating Temp.) Viscosidad dinámica del líquido a las condiciones de presión y temperatura de operación normal. Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso. En los depuradores de gas (gas scrubbers) a la succión de compresores o en el K.O Drum del sistema de alivio, puede que ser difícil la identificación del líquido contenido en el recipiente. Las siguientes, son indicaciones sugeridas para obtener las propiedades del líquido (gravedad específica y viscosidad) a efectos de establecer los datos de procesos de los medidores de nivel: Si se trata de un gas húmedo o vapor, el líquido corresponde al de equilibrio a la presión de operación. Referencia: Simulación del Proceso. En los casos en que los que el gas manejado sea seco (sin condensables), hacer una revisión aguas arriba del recipiente para evaluar que fallas o contingencias pudiesen presentarse y que generasen arrastre de líquido por parte del gas. De esta manera se determina el tipo de líquido. En una ingeniería de detalle, las propiedades del fluido se toman de la HdD de la válvula de control de nivel correspondiente (Figura 38a) o de la HdD de la bomba asociada (Figura 38b), dependiendo del caso. Si el drenaje del recipiente y los instrumentos va al sistema de alivio (Figura 38c), significa que los líquidos condensados son hidrocarburos livianos. Las propiedades del líquido pueden estimarse en base a los hidrocarburos livianos líquidos presentes en el sistema estudiado. Niveles de Operación/Alarma (Operating/Alarms Levels) – Instrument Data Los niveles de operación y alarma (HHLL, HLL, NLL, LLL, LLLL) pueden ser estimados por la Disciplina de Procesos en una ingeniería conceptual o básica durante el diseño del recipiente. En una ingeniería de detalle esta información es revisada y ajustada de acuerdo a los criterios del cliente y se refleja en la memoria de cálculo del recipiente, la Hoja de Datos del mismo y los DTI´s.
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PROCESOS
z
Arranque Paro
HS 001
LG 001
HHLL LLLL LT 001
LC 001
LG 001
HHLL HLL LLL LLLL
LT 001
HS 001
LIC 001 LL
LT 002
HH LL
LI 002
M
a) Separador a la succión de compresores
LI 001
LT 001
LG 001
LI 001
LT 001
LG 001
b) K.O drum del sistema de alivio o separador con flujo discontinuo de líquido
Colector del sistema de alivio
HHLL HLL LLL LLLL
c) Scrubber de fuel gas con cartucho de filtrado
Figura 38. Ejemplos de aplicaciones y alarmas de instrumentos de nivel Consulte el INEDON “Guía para el Dimensionamiento de los Separadores Bifásicos”, N° 903-HM120-P09-GUD-065, si se están calculando los niveles de operación y alarma en separadores bifásicos verticales y horizontales. En SPI® el nivel de operación normal se especifica en Instrument Data. En esta misma sección se selecciona un punto de referencia, ya sea la línea tangente del recipiente (TL), o la línea central de la boquilla de entrada (center line). El resto de los niveles de operación y alarma (HHLL, HLL, LLL, LLLL), se especifican en SPI® en la seccion de Alarms. Esta sección es similar a la de los instrumentos de presión y temperatura.
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PROCESOS
Notas (Notes) – Notes
z
En esta sección se especifica la concentración de contaminantes (ejemplo: H2S en ppm) o de particulado sólido, condiciones especiales, o cualquier otra información adicional que pueda ser crítica para la escogencia del medidor y el material del mismo. A demás de las propiedades mencionadas hasta ahora, SPI® solicita los siguientes datos (véase Figura 26): Angle of repose Se refiere al ángulo de reposo del instrumento, desde 0° para completamente horizontal, hasta 90° para completamente vertical. Referencia: maqueta de la planta e isométricos. Dielectric Constat Constante dieléctrica del líquido. Este campo se llena si se trata de un medidor de capacidad (véase Sección 14.4.) Required range Este campo se llena si hay requerimientos específicos en cuanto al rango de medición del elemento. En general esto viene definido por el fabricante en base a la información de temperatura máxima y mínima a medir. Corrosive/ Erosive/ Toxic/ Coagulating/ Solidifying/ Colored/ Transparent/ Foaming/ Build-up tendency Al igual que en la HdD de procesos, SPI® solicita información sobre si el fluido es corrosivo o no. La existencia y cantidad de los componentes que promuevan la corrosión se indica en la sección de Notes al final de la ventana. Ejemplo: H2S (10 ppm). Se puede indicar también si el fluido es coloreado, transparente, propenso a presentar espuma o a acumularse en los instrumentos. Es importante especificar estas propiedades para descartar la aplicación de algunos medidores. Ejemplo: si el fluido es espumoso, un medidor de capacidad no sería apropiado, mientras que un medidor tipo laser o radar sí.
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PROCESOS
16.
NORMATIVA DE REFERENCIA
z
El siguiente cuadro resume la normativa nacional e internacional que rige sobre la especificación, aplicación e instalación de medidores de flujo. Cuadro 6. Resumen de la Normativa Internacional de Referencia Instituto emisor
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Norma
Título
API RP 551
Process Measurement Instrumentation
MC96.1
Temperature Measurement Thermocouples
ISA–S37.3–1982
Specifications and Tests for Strain Gage Pressure Transducers
ISA–S37.5–1982
Specifications and Tests for Strain Gage Linear Accelerator Transducers
ISA–S37.6–1982
Specifications and Tests for Potentiometric PressureTransducers
ISA–S37.10–1982
Specifications and Tests for Piezoelectric Pressure and Sound Pressure Transducers
ISA–S37.12–1982
Specifications and Tests for Potentiometric Displacement Transducers
60584-1
Thermocuples Part 1. Reference Tables
60584-2
Thermocuples Part 2. Extension and compensation cables – Tolerances and identification system
60584-3
Thermocuples Part 1. Reference Tables
61520
Metal thermowells for thermometer sensors Functional dimensions
62492-1
Industrial process control devices - Radiation thermometers - Part 1: Technical data for radiation thermometers
K-301
Engineering Design Manual Vol. 9-I. Engineering Specification: Pressure Instrumentation.
K-303
Engineering Design Manual Vol. 9-I. Engineering Specification: Level Instrumentation.
K-304
Engineering Design Manual Vol. 9-I. Engineering Specification: Temperature
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PROCESOS
Instituto emisor
Norma
Título Measurement Criteria.
z
90620.1.112
Engineering Design Manual Vol. 9-II. Engineering Guideline: Level Measurement Guidelines.
90620.1.113
Engineering Design Manual Vol. 9-II. Engineering Guideline: Temperature Measurement Guidelines.
El Cuadro 6 muestra sólo la normativa disponible en el sistema de normas internacionales de inelectra. Las Normas ISO y ASME, entre otras, son muy usadas a nivel industrial en el dimensionamiento de la mayoría de los instrumentos.
17. REFERENCIAS Leyenda de la ubicación de las referencias:
Biblioteca de inelectra.
Servicio de Normas PDVSA o Internacionales en la ineweb. Intranet de Procesos.
[1] OMEGA®. Transactions in Measurement and Control Volume III - Force Related Measurement. 1998. URL: http://www.omega.com/literature/transactions/ [2] Alvarez, Jose Luis. Instrumentos de Presión. INITEC. Manual de Instrumentación de Ingeniería Química. s.l. : INITEC, 1983. [3] Creus Sole, Antonio. Instrumentación Industrial. Mexico : Alfaomega Grupo Editores, 2006. 7a edición. [4] Intergraph. SmartPlant Instrumentation Tutorial. 2007. [5] Creus, Atonio. Temperatura. INITEC. Manual de Instrumentación de Ingeniería Química. s.l. : INITEC, 1983. [6] Technical English - Spanish Vocabulary. URL: http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/
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z [7] ISA MC96.1-1982. Temperature Measurement Thermocouples.
[8] PIP PCETE001 "Temperature Measurement Guidelines", contenido en la norma PDVSA K-304 “Engineering Design Manual Vol. 9-I. Engineering Specification: Temperature Measurement Criteria” [9] Sanchez-Vega Tomé, Eduardo. Instrumentos de Nivel. INITEC. Manual de Instrumentación de Ingeniería Química. s.l. : INITEC. [10] OMEGA®. Transactions in Measurement and Control Vol IV - Flow and Level Measurement . 2001 URL: www.omega.com/literature/transactions/
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ANEXO 1. HOJA DE DATOS DE PROCESOS (903-HM120-P09-GUD-079-1.xls)
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ANEXO 2. TABLAS DE REFERENCIA DE TERMOPARES [3] (9 0 3 - H M 1 2 0 - P 0 9 - G U D - 0 7 9 - 2 . p d f )
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ANEXO 3. CARACTERÍSTICAS
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ADICIONALES DE LOS TERMOPARES Y RTD
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z Cuadro 3.1 Aplicaciones de los medidores de temperatura y criterios de instalación (Tomado de [8])
Equipo
Tipo de sensor
Instalación
A. Hornos 1. Tubos (Tube skin)
TC tipo K
Pirometros de mano tambien pueden ser utilizados para medir la temperatura externa de los tubos
2. Caja (Fire box)
TC tipo K
La TC requiere protección con TW de cerámica
3. Estaca (Stack)
TC tipo K o E
Usar solo TW bridada
B. Columna de destilación/ Fraccionador
RTD o TC tipo E
La medición de la temperatura de cada plato se hace en el downcomer La medición de la temperatura del tope se hace en los vapores La medición de la temperatura del fondo se hace en la línea de salida de líquido. Si se requiere una medición del fondo como tal, se hace en el espacio de líquido a 90° de la línea de retorno del reboiler
C. Reactores
RTD o TC tipo E
El diseño depende del proyecto
D. Tanques
RTD o TC tipo E
No instalar cerca de las lineas de entrada o salida o cerca del serpentin de calentamiento si es el caso El diseño depende del proyecto
E. Lineas de procesos y de servicios
RTD o TC tipo E
Hacer un análisis de fallas al TW si este está instalado perpendicularmente al flujo y la velocidad es excesiva (ver Cuadro 3.3 )
F. Servicios criogénicos
RTD o TC tipo E
Hacer un análisis de fallas al TW si este está instalado perpendicularmente al flujo y la velocidad es excesiva (ver Cuadro 3.3 )
G. Intercambiadores
RTD o TC tipo E
Hacer un análisis de fallas al TW si este está instalado perpendicularmente al flujo y la velocidad es excesiva (ver Cuadro 3.3 ) Las temperaturas se miden en las líneas de entrada y salida, no en las boquillas del intercambiador
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z Cuadro 3.1 Cont. Aplicaciones de los medidores de temperatura y criterios de instalación (Tomado de [8])
Equipo
Tipo de sensor
Instalación
H. Compresores y Bombas 1. Sellos
RTD
Los sensores del fabricante se conectan al sistema de monitoreo de la máquina
2. Proceso
RTD o TC tipo E
Los TW a la succión y descarga del compresor se instalan de tal forma tal que si el TW se fractura por vibración, las partes del mismo no entren en los conductos de succión o descarga Hacer un análisis de fallas al TW si este está instalado perpendicularmente al flujo (ver Cuadro 3.3 )
RTD: Termometro de resistencia TC: Termopar (Thermocouple) TW: Termopozo (Thermowell)
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z los tipos de termopares Cuadro 3.2 Comparación entre (Tomado de [8])
Tipo ISA
Materiales Positivo Negativo
Rango de temperatura (°C)
Atmosfera adecuada3
Notas
B
Pt70-Rh30 Pt94-Rh6
175 - 18201
Inerte o oxidativa
Buenos para temperaturas muy altas Costosos
E
Cromo Constantan
-270 – 10002
Oxidativa
Presenta la mas alta relación f.e.m/°C
J
Hierro Contastan
-200 – 760
Reductiva
Menor costo Buena linearidad Tiende a corroerse
K
Cromo Aluminio
-270 – 1370
Oxidativa
Buenos para altas temperaturas Respuesta mayormente lineal
Oxidativa
Buenos para temperaturas muy altas Pequeño tamaño Rápida respuesta Costosos Buenos para temperaturas muy altas Pequeño tamaño Rápida respuesta Costosos
R
Pt87-Rh13 Platino
-50 – 17601
S
Pt90-Rh10 Platino
-50 – 17601
Oxidativa
T
Cobre Constantan
-270 – 400
Oxidativa o Reductiva
No son adecuados bajo condiciones humedas
1. A muy altas temperaturas (> 1000°C) pueden presentarse problemas en los materiales y su compatibilidad. Consultar los estándares ASTM e ISA para aplicaciones extremas 2. Por debajo de -100°C se debe consultar al vendedor para su calibración 3. Las consideraciones de atmosfera reductiva o oxidativa aplican normalmente sólo a termopares desnudos. Inerte: Sin acción biológica o química y sin elementos activos. Oxidativa: Contiene una cantidad substancial de oxigeno activo y reacciona con los metales a elevadas temperaturas produciendo oxidos en la superficie de los metales. Reductiva: Contiene hidrógeno o componentes del carbon y no forma oxidos protectores en las aleaciones.
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Cuadro 3.3 Velocidades adecuadas para termopozos (Tomado de [8]) Longitud de inserción 4-1/2”
7-1/2”
10-1/2”
Velocidad del gas (ft/s)
120
80
50
Velocidad del líquido (ft/s)
50
30
20
Los valores de velocidad mostrados son para un termopozo roscado 316 SS de 5/8” diametro. Esta tabla es solo una guía sobre los criterios utilizados, ya que las velocidades permitidas pueden variar ampliamente dependiendo de la construcción del termopozo y las condiciones del servicio. Las velocidades tabuladas se basan en: Velocidad de gas: aire a condiciones estandar 1” de conexción roscada La longitud de inserción corresponde con la sección no soportada del termopozo Termopozo instalado perpendicularmente al flujo (termopozos instalados en un codo, donde el flujo es paralelo al eje longitudinal del termopozo, por lo general no requieren consideraciones de vibración)
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