Instrumentos De Medicion De Quimica

INTRODUCCIÓN

Las mediciones de presión son las más importantes que se hacen en la industria; sobre todo en industrias de procesos continuos, como el procesamiento y elaboración de compuestos químicos. La cantidad de instrumentos que miden la presión puede ser mucho mayor que la que se utiliza en cualquier otro tipo de instrumento.

La presión es una fuerza que ejerce sobre un área determinada, y se mide en unidades de fuerzas por unidades de área. Esta fuerza se puede aplicar a un punto en una superficie o distribuirse sobre esta. Cada vez que se ejerce se produce una deflexión, una distorsión o un cambio de volumen o dimensión.

Las mediciones de presión pueden ser desde valores muy bajos que se consideran un vacío, hasta miles de toneladas de por unidad de área.

Los principios que se aplican a la medición de presión se utilizan también en la determinación de temperaturas, flujos y niveles de líquidos. Por lo tanto, es muy importante conocer los principios generales de operación, los tipos de instrumentos, los principios de instalación, la forma en que se deben mantener los instrumentos, para obtener el mejor funcionamiento posible, cómo se debe usar para controlar un sistema o una operación y la manera como se calibran.

MANÓMETROS

Un manómetro es un tubo; casi siempre doblado en forma de U, que contienen un líquido de peso específico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presión.

Tipos de Manómetros:

Los manómetros son de dos tipos, entre los cuales tenemos:

a.-) Manómetros del tipo abierto; con una superficie atmosférica en un brazo y capaz de medir presiones manométricas.

b.-) Manómetros diferencial; sin superficie atmosférica y que sólo puede medir diferencias de presión.

Manómetros Abiertos:

Las etapas recomendadas en la resolución de problemas de manómetros abiertos son:

1. Trazar un bosquejo del manómetro, aproximadamente a escala.

2. Tomar una decisión respecto al fluido en que se expresarán las unidades de carga.

3. Partiendo de la superficie atmosférica del manómetro como punto de carga de presión conocida, numérense, en orden los niveles de contacto de fluidos de diferentes pesos específicos.

4. A partir de la carga de presión atmosférica, pásese de un nivel a otro, sumando o restando las cargas de presión al reducirse o aumentarse la elevación, respectivamente, considerando los pesos específicos de los fluidos.

Manómetros Diferencial:

Las etapas o pasos que se utilizan en el cálculo de diferencia de presiones son:

1. Numero de "puntos estratégicos" indicados por los niveles de contacto de los fluidos. Se requiere cierta práctica para escoger los puntos que permitan los cálculos más sencillos.

2. A partir de la carga de presión incógnita P/ h en uno de los puntos extremos, escríbase una suma algebraica continua de cargas , pasando de un punto a otro e igualando la suma continua a la carga incógnita P / h en el otro extremo.

3. Resuélvase la ecuación para la diferencia de cargas, de presión y redúzcase a diferencias de presión si se desea.

Preóstatos:

• Diafragma: muy precisos, presiones bajas.

• Tubo Bourdon: muy precisos, presiones altas.

• Membrana: bajo pecio.

• Pistón: muchos ciclos y larga vida.

• Membrana – Pistón: muchos materiales.

• Electrónicos.

Rangos:

• Vacío: punto de ajustes desde –1mm cda a –1 bar de vacío.

• Muy baja presión: puntos de ajuste desde +1mm cda a + 20 mm cda.

• Baja y alta presión: puntos de ajustes desde +10mm cda a +1250 bar.

• Presión diferencial: puntos de ajustes desde +/-1mm cda a 420 bar.

Protecciones:

• Intemperie, antideflagrantes, ambientes corrosivos y seguridad intrínseca.

Aplicaciones:

Hidráulica (agua/aceite), neumática, marina / offshore, aire acondicionado y refrigeración, electromedicina, control de procesos, sistema de recogida de datos, alarmas, seguridades y regulación, edificios inteligentes.

Reguladores de Presión:

Los reguladores de presión son aparatos de control de flujo diseñados para mantener una presión constante aguas a bajo de los mismos. Éste debe ser capaz de mantener la presión, sin afectarse por cambios en las condiciones operativas del proceso para el cual trabaja. La selección, operación y mantenimiento correcto de los reguladores garantiza el buen desempeño operativo del equipo al cual provee el gas.

Reguladores – Reductores:

Los reguladores reductores de presión son equipos de control de flujo diseñados para mantener una presión constante aguas debajo de ellos, independientemente de la variaciones de presión a la entrada o los cambios de requerimiento de flujos. La "carcaza" y los mecanismos internos que componen un regulador, automáticamente controlan o limitan las variaciones de presión a un valor previamente establecido.

Existen diferentes, marcas, estilos y aplicaciones para la industria del Gas Metano. Algunos tipos están contenidos por contenedores autocontrolados que operan midiendo la presión de línea y manteniéndola en el valor fijado, sin necesidad de fuentes externas de energía. Otros modelos requieren de una fuente externa para ejecutar su función de control de la presión.

Éste suplemento muestra los principios de funcionamiento de los reguladores de Gas Metano, sus dos grandes grupos: los "auto operados" y los "pilotados"; así como información importante que facilitará la selección del equipo ideal para cada aplicación.

Funcionamiento de los Reguladores de Presión:

Un regulador es básicamente una válvula de recorrido ajustable conectada mecánicamente a un diafragma. El diafragma se equilibra con la presión de salida o presión de entrega y por una fuerza aplicada al lado contrario, a la cara que tiene contacto con la presión de salida. La fuerza aplicada al lado opuesto al diafragma puede ser suministrada por un resorte, un peso o presión aportada por otro instrumento denominado piloto.

El piloto es por lo general, otro regulador más pequeño o un equipo de control de presión.

Los reguladores auto – operados funcionan bajo el principio de equilibrio de fuerzas. Esencialmente, las fuerza aplicadas en la zona de alta presión (Pe), aguas arriba, se equilibran o balancean con las fuerzas de la zona de baja presión (Ps), aguas abajo. Este equilibrio de fuerzas es causada por la distribución de la energía (presión) en áreas desiguales, de acuerdo a la siguiente ecuación:

F = P.A (Eq.1)

Donde;

F = Fuerza (Lbf) ó (Nw)

A = Area (In²) ó (m²)

P = Presión (Lbf / in²) ó (Kpa)

De acuerdo a esto (Eq.1), la fuerza que actúa en la zona de baja presión, se distribuye en una superficie más grande que la fuerza que se aplica en la zona de alta presión. Debido a la diferencias de áreas se logra el equilibrio entre ambas zonas (Eq.2).

F1.A1 = F2.A2 (Eq.2)

La fuerza a la entrada puede ser considerada como fuerza de apertura, la cual se balancea a su vez con la fuerza de cierre. Para ajustar la presión aguas abajo, se introduce una tercera fuerza en la ecuación, esta fuerza es llamada fuerza de control, ejercida por un resorte o artefacto que suministra una presión o energía adicional. En el caso del regulador esquemático la fuerza de control la suministra un resorte y se considera como parte de la fuerza de apertura. El equilibrio matemático de fuerza se expresaría de al siguiente manera.

Fuerza entrada + Fuerza resorte = Fuerza salida (Eq.3)

El equilibrio de fuerzas de apertura y cierre de la válvula reguladora se lleva a cabo mientras el equipo opera en estado de flujo estable. Con base en las ecuaciones 2 y 3, se reconoce que si la presión de entrada permanece constante los cambios en la presión de salida son compensados por cambios en la fuerza que aplica el resorte, logrando así el balance.

La fuerza ejercida por el resorte se expresa con la siguiente ecuación, conocida como "Ley de Hooke".

F = -K . X (Eq.4)

Donde

F = Fuerza (lbf) ó (Nw)

K = Constante de elasticidad del resorte (Lbf / in) ó (Nw / m)

X = Deformación del resorte, (in) ó (m)

A medida que el vástago de la válvula reguladora se desplaza, el resorte se deforma. Cambiando de esa manera la fuerza ejercida por el resorte. Los cambios en la fuerza suministrada por el resorte significan cambios en la presión de entrega.

Elementos que Componen un Regulador:

En esencia un regulador está compuesto por tres elementos:

1. Elemento restrictor: orificio de la válvula y tapón.

2. Elemento de medida o sensor: diafragma y conductos u tubing.

3. Elementos de carga: Resorte, gas comprimido o gas regulado suministrado por un piloto.

Un regulador típico es una válvula de globo en el cual el vástago se mueve por la interacción de un diafragma. El vástago es solidario al diafragma y el cambio de posición es transferido al vástago, modificando el área de la sección transversal que atraviesa la corriente de flujo. El movimiento del diafragma está "limitado" o "controlado" por un resorte que actúa del lado puesto del área que censa la presión de entrega o presión a controlar. La presión de entrada actúa sobre el área proyectada del tapón.

Para alcanzar

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