4_instalacion_instrumentos

Mdulo:

Instalacin de instrumentos y reas clasificadas

Coordinador: D. Jose Mara Amzaga

Instrumentacin y control

Diciembre 2006

Mdulo: 4 Instalacin de instrumentos y reas clasificadas

Fechas imparticin: del 11 al 15 de diciembre de 2006 Duracin: 40 horas

Coordinador: Jos Mara Amzaga

Ingeniero de la Direccin de Ingeniera de Repsol YPF. Ingeniero Superior Industrial por la Escuela de Bilbao. En esta unidad es donde se desarrollan los proyectos de nuevas unidades y de ampliaciones importantes de las empresas del grupo. Tiene muchos aos de experiencia en diseo, adquisicin, montaje y puesta en servicio de instalaciones en atmsferas explosivas. Es vocal de los grupos de trabajo de AENOR de material elctrico y no elctrico para atmsferas explosivas.

Profesores: Alfonso Camacho

Ingeniero de Proyectos en Estudios e Ingeniera Aplicada EIA (cedido a Petronor). Ingeniero Tcnico de Minas Ha trabajado 8 aos en la Refinera de RepsolYPF de Puertollano como instrumentista de mantenimiento, supervisor de montaje y tcnico de puesta en marcha, 13 aos en SENER como Ingeniero de Instrumentacin y desde 1987 desarrolla su actividad profesional en Estudios e Ingeniera Aplicada EIA, desde donde ha sido cedido a Petronor como Ingeniero de Proyectos para la gestin, supervisin y ejecucin de proyectos internos y para la supervisin de la instrumentacin y los sistemas de control distribuido de las

nuevas unidades de proceso. ngel Vega Remesal

Catedrtico de Ing. Elctrica en la E.T.S.I. Minas. Dr. Ingeniero de Minas. Responsable del rea ATEX del Laboratorio Oficial J.M. Madariaga, colaboracin con este laboratorio desde 1980. Presidente de comit de normalizacin AEN/CTN202/SC31 de equipos elctricos para atmsferas explosivas. Miembro del grupo ExNB de organismos notificados para la directiva ATEX. Vocal en comits tcnicos y grupos de trabajo CENELEC/IEC en el mbito de equipos elctricos para atmsferas explosivas.

Julio Rivas Escudero

Jefe del Departamento de Control Avanzado y Sistemas de Produccin en la Refinera de Somorrostro de Petronor. Ingeniero elctrico. Ha desarrollado su carrera profesional en Petronor. Anteriormente ha sido Jefe de Instrumentacin y Electricidad de Mantenimiento y Jefe de Instrumentacin de Ingeniera. En los aos 90 lider el proyecto de Reinstrumentacin y Digitalizacin de la refinera y ha estado involucrado en numerosos proyectos de control avanzado. Est en el comit ejecutivo de ISA-Espaa desde hace 6 aos, 2 aos como vocal de formacin y 3 como

presidente. Este master se gest durante su presidencia.

Objetivos:

En este Mdulo se estudian, por una parte, todas las tcnicas y criterios de instalacin de instrumentos en funcin del tipo de variable, de la criticidad en el proceso, de la facilidad para el mantenimiento, de si alimentan al sistema de enclavamientos o al de control y del punto de toma, y por otra, bajo el punto de vista de las normativas que tratan aspectos tales como Directivas ATEX, clasificacin dependiendo si se trata de gases, vapores lquidos y la clasificacin de reas. Se hace especial hincapi en las zonas clase 1, con instalaciones elctricas y casetas de analizadores. Descripcin:

4A1 - Instalacin de instrumentos Instrumentos insertados en el proceso Conexiones al proceso de instrumentos Transmisin de seales. Rutados Diseo de cableado

4A2 reas clasificadas Nuevo Reglamento. Directivas ATEX Clasificacin de emplazamientos peligrosos Clasificacin de locales con gases, vapores y lquidos Clasificacin de locales con polvos combustibles Instalaciones en emplazamientos clase I

4 C - Prcticas con instrumentos de nivel

4A1

1

INSTALACIN DE INSTRUMENTOS

FICHA IDENTIFICATIVA DEL DOCUMENTO: Master ISA de instrumentacin y control Mdulo: 4A1 Instalacin de Instrumentos. Tema: 1, Instrumentos Insertados en el Proceso. Autor: Alfonso Camacho Lpez

Introduccin. El mdulo 4A1 de Instalacin de Instrumentos se divide en cuatro temas. Cada tema, trata diversos aspectos que son necesarios tener en cuenta, para conseguir la medida de las variables del proceso con la precisin adecuada y sin riesgos. Tema 1. Instrumentos insertados en el proceso. Se analizan instrumentos que van insertados en las tuberas en los equipos de proceso y que por ello tienen que ser capaces de soportar las mismas condiciones de presin, temperatura, erosin, corrosin, etc., que sufren las tuberas o los recipientes. Se dan ligeras nociones de tuberas y de sus correspondientes accesorios normalizados, para entender los diferentes tipos de conexiones mecnicas que deben tener los instrumentos que estn directamente insertados en los procesos. Se dan recomendaciones para la instalacin y se indican las exigencias que indican las normas aplicables, especialmente en los elementos utilizados para medida de caudal. Debido a la ntima relacin que existe entre las vainas o termopozos que se insertan en tuberas, recipientes, o equipos, y los elementos sensores de temperatura, se han incluido en este tema los elementos sensores, las conexiones y los accesorios, para tratar la medida de temperatura en su totalidad. Una buena medida de temperatura, debe tener especial consideracin con el conjunto sensor vaina y su colocacin en el proceso. Conocimientos previos requeridos. Conceptos bsicos de instrumentacin

Mdulo: 4 A1 Instalacin de Instrumentos. Tema: Instrumentos insertados en el proceso

Master ISA - ISE de Instrumentacin y Control Pgina 2

Referencias y Bibliografa. Se hace notar que en el diseo, la construccin y el mantenimiento de la instrumentacin de plantas qumicas, se tienen en cuenta diversos factores que tratan de minimizar riesgos, de dar buenas prestaciones sin interrupcin de funcionamiento y de facilitar el mantenimiento y las pruebas necesarias para el control de calidad de las variables de los procesos. En los diseos y construccin se utilizan normas o directivas de obligado cumplimiento como por ejemplo son: El Reglamento Electrotcnico Espaol de Baja Tensin, , la directiva 1999/92/CE (ATEX 137). Hay normas que desarrollan aspectos concretos de los generales citados por las directivas. Estas normas son reconocidas por las directivas y por lo tanto son de obligada aplicacin, como por ejemplo: La directiva Atex exige al empresario la clasificacin de las reas potencialmente peligrosas por el manejo de lquidos o gases combustibles, algunas de las normas reconocidas son la UNE-EN 60079-10 la IEC 60079-10. Finalmente hay normas o estndares que son recomendaciones o buenas prcticas que se utilizan habitualmente para el buen diseo y que no son de obligado cumplimiento. Se adoptan para obtener diseos o montajes con grados de calidad reconocidos nacional o internacionalmente, como por ejemplo: ANSI/ISA S5.1 Instrumentation Symbols and Identification se utiliza para representar e identificar los instrumentos de una forma determinada. Se indican algunos de los estndares, normas, o prcticas recomendadas mas utilizadas en las industrias qumicas y petroqumicas.



INTERNATIONAL STANDARD ISO 5167 (UNE-EN ISO 5167-1) Ttulo.- Medicin del caudal de fluidos mediante aparatos de presin diferencial.

Parte 1: Diafragmas, toberas y tubos venturi intercalados en conducciones en carga de seccin circular.

AMERICAN GAS ASSOCIATION (AGA). ORIFICE METERING OF NATURAL GAS. Gas Measurement Committee Report n 3 PRINCIPLES AND PRACTICE OF FLOW METER ENGINEERING. L. K. SPINK. ISA RP3.2 RECOMMENDED PRACTICE. Flange mounted Sharp Edged Orifice Plates for Flow Measurement. API RECOMMENDED PRACTICE 551 Process Measurement Instrumentation. API RECOMMENDED PRACTICE 552 Transmissions Systems. API RECOMMENDED PRACTICE 553 Refinery Control Valves. API RECOMMENDED PRACTICE 554 Process Instrumentation and Control. API RECOMMENDED PRACTICE 556 Instrumentation and Control Systems for Fired Heaters and Steam Generators. API RECOMMENDED PRACTICE 598 Valve Inspection and Testing. API RECOMMENDED PRACTICE 752 Management of Hazards Associated with Location of Process Plant Buildings. ASME PTC 19.3 PERFORMANCE TEST CODES

PART 3 Temperature Measurement. ANSI MC 96.1 Temperature Measurement Thermocouples. ANSI/ISA S5.1 Instrumentation Symbols and Identification. ANSI/ISA S5.2 Binary Logic Diagrams for Process Operations. ANSI/ISA S5.3 Graphics Symbols for Distributed Control/Shared

Display Instrumentation, Logic and Computer Systems. ANSI/ISA S5.4 Instrument Loop Diagrams. ANSI/ISA S5.5 Graphics Symbols for Process Displays. ANSI/ISA S51.1 Process Instrumentation Terminology. ANSI/ISA S7.0.01 Quality Standard for Instrument Air. UNE 21123-1 Ttulo.- Cables elctricos de utilizacin industrial de tensin asignada de 0,6/1Kv Parte 1: Cables con aislamiento y cubierta de policloruro de vinilo. UNE- EN 50014 Ttulo.- Material elctrico par atmsferas potencialmente explosivas. Requisitos generales. UNE-EN 60332-1-1 Ttulo.- Mtodos de ensayo para cables elctricos y cables de fibra ptica sometidas a

condiciones de fuego. Parte1-1 Ensayo de resistencia a la propagacin vertical de la llama para un conductor individual aislado o cable. Equipo de ensayo.

UNE-EN 60332-1-2 Ttulo.- Mtodos de ensayo para cables elctricos y cables de fibra ptica sometidas a

condiciones de fuego. Parte1-2 Ensayo de resistencia a la propagacin vertical de la llama para un conductor individual aislado o cable. Procedimiento para llama premezcla de 1Kv.

UNE-EN 60332-1-3 Ttulo.- Mtodos de ensayo para cables elctricos y cables de fibra ptica sometidas a

condiciones de fuego.



Parte1-3 Ensayo de resistencia a la propagacin vertical de la llama para un conductor individual aislado o cable. Procedimiento para determinar las partculas/gotas inflamables.

UNE-EN 50020 Ttulo.- Material elctrico para atmsferas potencialmente explosivas. Seguridad intrnseca i. UNE-EN 50039 Ttulo.- Material elctrico para atmsferas potencialmente explosivas. Sistemas elctricos de seguridad intrnseca i. UNE-EN 60079-14 Ttulo.- Materiales elctricos para atmsferas de gas explosivas.

Parte 14: Instalaciones elctricas en emplazamientos peligrosos (a excepcin de las minas).

UNE-EN 60079-17 Ttulo.- Materiales elctricos para atmsferas de gas explosivas.

Parte 17: Inspeccin y mantenimiento de instalaciones elctricas en emplazamientos peligrosos (a excepcin de las minas).

UNE-EN 60079-2 Ttulo.- Material elctrico para atmsferas de gas explosivas. Parte 2: Envolventes presurizadas p.



INSTRUMENTOS INSERTADOS EN EL PROCESO

INDICE 1. INSTRUMENTOS INSERTADOS EN EL PROCESO. 7 1.1. Elementos primarios insertados en el proceso. Medidores de caudal. 7

1.1.1. Placa de Orificio. 10 1.2.4.1. Inspeccin de las Placas de orificio. 12 1.2.4.2. Materiales de las Placas de Orificio. 13 1.2.4.3. Variantes de las tomas de la presin diferencial en tuberas o en bridas. 13 1.2.4.4. Lo que deben cumplir las tuberas. 15 1.2.4.5. Lo que deben cumplir las bridas. 17 1.2.4.6. Instalacin de tramos calibrados (Meter Run) para medida de caudal. 19

1.1.2. Toberas de caudal. 20 1.2.4.7. Instalacin. 22

1.1.3. Tubo Venturi. 22 1.2.4.8. Instalacin. 23

1.1.4. Tubo Pitot 23 1.2.4.9. Instalacin. 24

1.1.5. Longitud mnima en tramo recto. 25 1.2.4.10. Enderezadores de flujo. 27 1.2.4.11. Medida de presin en las tomas de presin diferencial. 27 1.2.4.12. Conexin para medir la temperatura. 27

1.1.6. Medidor de rea variable. Rotmetro. 28 1.2.4.13. Instalacin. 29

1.1.7. Medidor de impacto. 29 1.2.4.14. Instalacin. 30

1.1.8. Medidor de turbina. 30 1.2.4.15. Instalacin. 31

1.1.9. Medidores de caudal Magnticos. 31 1.2.4.16. Instalacin. 33

1.1.10. Medidores de desplazamiento positivo. 34 1.2.4.17. Instalacin. 37

1.1.11. Medidores de Efecto Coriolis. 37 1.2.4.18. Instalacin. 38

1.2. Elementos primarios insertados en el proceso. Medidores de temperatura.39 1.2.1. Conexiones de temperatura. 40 1.2.2. Termopozos o vainas. 41

1.2.4.19. Materiales de termopozos. 42 1.2.4.20. Construccin de termopozos. 42 1.2.4.21. Longitud de Insercin. 44 1.2.4.22. Longitud de Inmersin. 44

1.2.3. Termopares. 48 1.2.4.23. Fabricacin de termopares. 51



1.2.4.24. Cables de Extensin y de Compensacin. 53 1.2.4.25. Acondicionadores de seal. 54 1.2.4.26. Multiplexado. 55 1.2.4.27. Compensacin de la junta fra. 56 1.2.4.28. Termopares Skin Point. 56 1.2.4.29. Receptores para medida de temperatura con termopares. 57 1.2.4.30. Conexiones especiales de termopares. 58

1.2.4. Termorresistencias. 59 1.2.4.31. Fabricacin de termorresistencias. 60 1.2.4.32. Conexin de las termorresistencias. 61

1.2.5. Termmetros Bimetlicos. 62 1.2.6. Termmetros de Sistemas Trmicos Llenos (Filled System). 63 1.2.7. Termostatos 65

1.3. Elementos primarios insertados en el proceso. Medidores de presin. 66 1.3.1. Tomas de presin. 66

1.4. Elementos primarios insertados en el proceso. Medidores de nivel. 67

1.5. Elementos finales insertados en el proceso. Vlvulas de control. 68 1.5.1. Cuerpo de la vlvula de control. 68 1.5.2. Actuador y accesorios. 70

1.2.5.1. Accin Directa y Accin Inversa. 72 1.5.3. Manifolds en vlvulas de control. 75 1.5.4. Conos reductores en las vlvulas de control. 77 1.5.5. Soportado y conexiones accesorias. 78



1. INSTRUMENTOS INSERTADOS EN EL PROCESO. Los instrumentos que estn conectados al proceso se disean y someten a los mismos cdigos y normas que las tuberas y recipientes. Debido a que estn en contacto con los productos y fluidos circulantes, tienen que ser diseados con materiales adecuados para soportar las condiciones de presin y temperatura del proceso, igualmente tienen que ser inmunes a los ataques qumicos o erosivos que pueden producir los fluidos con los cuales estn en contacto. Normalmente, los instrumentos que se insertan en los procesos son diseados para las condiciones ms severas y los materiales utilizados suelen ser de caractersticas superiores a los que serian exigibles para las tuberas o recipientes en que se instalan. Con objeto de estandarizar, lo normal es que los termopozos donde se introducen los elementos detectores de temperatura sean de acero inoxidable, as mismo, todas las partes de los instrumentos que estn en contacto con los fluidos del proceso suelen ser de acero inoxidable, monel o metales especiales que soporten adecuadamente los ataques de los productos con los que estn en contacto.

A continuacin se relacionan algunos de los elementos primarios o instrumentos que estn insertados en el proceso como son los termopozos, las placas de orificio, los tubos venturi, tubos Pitot, annubar, medidores de caudal magnticos, medidores de nivel con flotador o desplazador interno y vlvulas de control.

Hay instrumentos que se conectan al proceso pero que son externos al mismo y que se pueden independizar fcilmente mediante algn tipo de barrera o vlvulas de corte en lneas de impulso de transmisores de presin, de presin diferencial o instrumentos de nivel con boya o desplazador externo. Estos tipos de instrumentos, aunque se disean con materiales adecuados para soportar las condiciones del proceso, realmente no trabajan en condiciones tan severas y adems se pueden aislar fcilmente del proceso sin que se tenga que interrumpir el mismo.

1.1. Elementos primarios insertados en el proceso. Medidores de caudal. La medida de caudal en tuberas o en canales cerrados exige un elemento detector insertado en la tubera, en la mayora de los casos, el elemento detector forma parte de la propia tubera como un tramo mas de la misma. Los problemas ocasionados por las fugas se evitan mediante una buena unin de la tubera con el elemento detector.

A efectos de organizar adecuadamente los elementos primarios de caudal insertados en el proceso podemos efectuar la siguiente clasificacin:

Elementos que producen una presin diferencial, que sirve para medir la velocidad del fluido de la cual se puede deducir el caudal. En este conjunto, estn incluidos los siguientes elementos primarios:

Placas de orificio o diafragma

Tobera de caudal

Tubo Venturi

Tubo Pitot.



Elementos que se basan en la transformacin de la energa cintica del fluido en movimiento, o en desplazamiento mecnico. Aqu podemos clasificar los siguientes elementos:

Medidores de rea variable (Rotmetros)

Medidores de Impacto

Medidores de Turbina.

Medidores de desplazamiento positivo.

Elementos que se basan en medicin elctrica y que utilizan la conductividad elctrica del fluido a medir para deducir la velocidad.

El medidor representativo de este tipo es el caudalmetro magntico.

Existen otros elementos o tipos de medidores que se fundamentan en principios qumicos o fsicos que se utilizan menos frecuentemente como son: El medidor Tipo Vortex, el medidor basado en el efecto Coriolis, el medidor de Conductividad trmica y el medidor Snico. La instalacin y montaje de estos medidores, exigen la aplicacin correcta de las especificaciones de montaje dadas por los propios suministradores.

Cuando se quiere realizar una buena eleccin del elemento primario para la medida de caudal, se debern tener en cuenta las siguientes observaciones:

Siempre que sea posible, considerando las caractersticas fsico-qumicas del fluido, se utilizarn placas de orificio concntrico como elemento detector.

Cuando se dan algunas de las circunstancias que se indican a continuacin, se deben considerar otros tipos de elementos primarios como alternativa.

Si la velocidad del fluido es tan alta que el valor de la relacin de (d/D) es 0,75 se deber de tener en cuenta uno de los siguientes supuestos.

Aumentar el dimetro de la tubera. Poner una presin diferencial (P) ms alta, en el clculo del elemento primario. Utilizar una tobera de caudal, si es menor de 0,725

Si el fluido contiene slidos en suspensin, considerar el uso de lo siguiente.

Si el fluido es conductivo, utilizar un medidor magntico. Utilizar un venturi con o sin cono de salida. Utilizar un Target meter medidor de impacto. Si contiene tantos slidos que se pueden posar rpidamente, utilizar una tobera de

flujo en lnea vertical, con el caudal hacia abajo.

Si el fluido contiene pequeas cantidades de slidos, o si el fluido es un gas o vapor conteniendo apreciables cantidades de condensado, considerar las siguientes alternativas.

Utilizar un orificio excntrico o segmental con la apertura en la parte inferior del tubo.



Utilizar un medidor de impacto (Target meter). Utilizar una tobera de caudal en lnea vertical, con el flujo en direccin hacia

abajo.

Si el fluido es suficientemente conductivo, utilizar un medidor magntico. Si el fluido es pastoso o contiene slidos de una densidad similar a la del propio fluido, considerar las siguientes alternativas:

Si el fluido es conductivo Utilizar un medidor magntico. Utilizar una placa de cuadrante de crculo o semicircular. Utilizar un medidor de impacto (Target meter).

Si el lquido contiene cantidades apreciables de vapor o aire, considerar lo siguiente:

Utilizar una placa de orificio excntrico o segmental (con la abertura en la parte superior).

Utilizar un orificio concntrico o tobera de caudal en lnea vertical, con el caudal hacia arriba.

Utilizar un medidor de impacto (Target meter). Utilizar un medidor magntico si el lquido es conductivo.

Si el fluido es viscoso o por otras razones el nmero de Reynolds es bajo, considerar:

Utilizar una placa de cuadrante de crculo o semicircular. Si el lquido es conductivo utilizar un medidor magntico. Utilizar un orificio concntrico o tobera de flujo con factores de correccin, los

cuales, varan ampliamente con la relacin del caudal y con los cambios de viscosidad.

Utilizar un medidor de impacto (Target meter). Si el caudal es muy bajo y el fluido es muy limpio considerar:

Utilizar un transmisor de orificio integral. Utilizar un medidor con tramo calibrado (placa de orificio con corner Taps)



FLUJO

GROSOR DELA PLACA

ARISTAANTERIOR

G

ARISTASH e I

ANGULO DECHAFLAN F

d D

ESPESOR "e"DEL ORIFICIO

PLACA ORIFICIO CONCENTRICO

CARAPOSTERIOR

B

CARAANTERIOR

A

TAG FE___________

MAT.:_____ENTRADA

Fig. 1.1.1-2

E

1.1.1. Placa de Orificio.

En la figura 1.1.1-1 se observa la distribucin de lneas de flujo en el interior de la tubera debido a la perturbacin producida por el estrechamiento de la placa de orificio y el perfil de presiones que se produce antes y despus. Despus de la placa y a una distancia que depende del nmero de Reynolds, del perfil de la placa y del grado de la rugosidad interior de la tubera, la presin recupera su mximo valor, existiendo una perdida de presin permanente que suele ser del orden del 60 al 80 % del valor asignado como presin diferencial para el calculo de la placa de orificio.

Dependiendo de los tipos de productos a medir, fundamentalmente de la viscosidad y del grado de impurezas o slidos en suspensin que pueda contener, existen las siguientes variantes de placas con orificio: Placa de orificio concntrico, de orificio en forma de segmento, con orificio excntrico, con bordes en cuadrante de crculo o con otras formas especiales para distintas aplicaciones.

Placa de orificio concntrico. Ver la figura 1.1.1-2

La placa de orificio concntrico y arista viva es el elemento detector de caudal mas ampliamente utilizado en la mayora de las industrias. Las principales razones para ello son su bajo costo, su robustez, su adaptabilidad a todo tipo de fluidos en forma de gas o lquidos, la disponibilidad de coeficientes de precisin obtenidos a travs de multitud de pruebas realizadas en laboratorio y la disponibilidad de estandares y normas bien definidas para el clculo, diseo e instalacin.

Fig. 1.1.1-1



FLUJO

VENTEO

A

A

E

T

H

1"

B

RF

TAG FE___________

MAT.:_____ENTRADA

PLACA ORIFICIO SEGMENTAL

Fig. 1.1.1-3

FLUJO

VENTEO

C

A T

E

1"

B

R

d

EXCENTRICIDAD

GROSOR DELA PLACA

ARISTAVIVA

TAG FE___________

MAT.:_____ENTRADA

PLACA ORIFICIO EXCENTRICO

Fig.1.1.1-4

La placa presenta en el sentido del flujo una arista viva y en la salida un bisel o chafln. En las aplicaciones donde el flujo puede ser alternativamente en ambos sentidos, la placa tendr un orificio recto y no deber tener chafln. En la parte superior de la lengeta y en la cara de entrada, como mnimo lleva grabada la informacin que se puede ver en las figuras, el TAG del instrumento, el dimetro del orificio, el material de la placa y la palabra entrada. De acuerdo con la norma ISO 5167-1 los lmites de utilizacin de la placa concntrica para conexiones en bridas, para Radius Taps son:

d 12,5 mm,50 D 1000 mm, 0,2 0,75 ReD 1260 2D Placas de orificio segmentales. Ver la figura 1.1.1-3. Se utilizan para fluidos que llevan suciedades, slidos o productos viscosos en forma de grumos. Son relativamente insensibles a la relacin lquido-semislido y tienen una precisin aceptable.

Placas de orificio excntrico. Ver figura la 1.1.1-4. Se utilizan fundamentalmente en aplicaciones de medida de lquido que llevan una gran cantidad de gas insoluble o con la medida de un gas que contiene gran cantidad de condensables y a los cuales es necesario facilitar la circulacin.

Placas de orificio con borde en cuadrante de crculo. Ver la figura 1.1.1-5 Se utilizan casi exclusivamente para medida de lquidos con alta viscosidad. La aplicacin ms frecuente se da con fluidos cuyas condiciones de operacin son tales que su numero de Reynolds puede ser tan

bajo como 8000 o menor. Como puede observarse en la figura, el perfil de la placa por la cara de entrada del fluido tiene un radio de curvatura que corresponde a un cuarto de circulo. El radio de este circulo, esta relacionado con el dimetro d de la placa.

Las figuras aqu representadas estn tomadas del estndar ISA- RP3.2 para las placas de orificio concntrico, excntrico y segmental. Consultad este estndar para ms detalles de acabado y tolerancias. Otro estndar para consultar sobre clculos, dimensiones, tolerancias instalacin, es el INTERNATIONAL STANDARD ISO 5167:

Fig. 1.1.1-5



Las placas de orificio hasta aqu referenciadas, se montarn entre bridas planas o con resalte que van unidas con pernos. Las dimensiones de las bridas estarn dadas de acuerdo con alguno de los siguientes estndares ANSI B1662, B16.1, B16b, B16.5.

1.1.1.1. Inspeccin de las Placas de orificio. Cuando se quiere realizar el montaje de una o varias placas de orificio, independientemente del tipo que sean, las placas se deben inspeccionar cuidadosamente, teniendo en cuenta las observaciones que siguen, para de esta forma poder conseguir el mayor grado de precisin en la medida del caudal.

La placa tendr el espesor adecuado (consultar la norma ISA o ISO con la cual se ha debido construir) para que por efecto de la presin diferencial y a la temperatura del fluido del proceso, no produzca suficiente estrs como para que se pueda deformar la placa.

La parte de la placa que se inserta en la tubera, entre las bridas, debe ser circular y totalmente concntrica al eje de la tubera. Las caras de la placa deben ser planas y paralelas.

La cara de la placa por donde entra el fluido ser plana. Se considerar as, cuando la pendiente de una lnea recta que une dos puntos cualesquiera de su superficie, con relacin a un plano perpendicular por el centro de la lnea es menor del 1%.

La cara de la placa por donde entra el fluido tendr un criterio de rugosidad inferior a (1/10000)d, en un circulo igual a un D concntrico con el orificio d.

Para facilitar el montaje de las placas, de acuerdo con la direccin del fluido del proceso, se deben identificar y marcar las caras de entrada y de salida en la propia placa.

La cara de salida ser plana y paralela con la de entrada. No es necesario tener la misma calidad de acabado que en la cara de entrada. La inspeccin necesaria para la cara de salida, se efectuar solamente de forma visual, con el objeto de detectar irregularidades.

Refirindonos a la figura 1.1.1-2 el espesor e de la placa, en la parte donde est el orificio, debe estar comprendido entre 0,005 D y 0,02 D (D es el dimetro interior de la tubera). El espesor E de la placa deber estar comprendido entre el espesor de la parte del orificio e y 0,05 D. El ngulo del biselado ser de 45 15

Las aristas indicadas en la Fig. 1.1.1-2 como G en la cara de entrada y H en la cara de salida, deben estar libres de rayas, rebabas o cualquier irregularidad apreciable con la vista.

Se hace notar que la arista G en la cara de entrada es muy importante que sea aguda y que no est redondeada. Si se tiene sospecha a simple vista de que existe redondeo, debe medirse el radio del redondeo y ser rechazable la placa, si el radio de redondeo es superior a 0,0004d. Cuando el dimetro del orificio de la placa sea d 125 mm la exigencia de la agudeza de la arista puede ser aceptable a simple vista, con solo observar que no se refleja un rayo de luz.

Cuando se utiliza la placa para medir flujos inversos (en dos sentidos) no debe llevar bisel, las dos caras deben tener un grado de acabado igual al descrito anteriormente para la cara de entrada. El espesor E debe ser igual al e por lo que se tiene que controlar la presin diferencial, para que la placa sea lo suficientemente rgida.



Fig. 1.1.1-6

Fig. 1.1.1-7

1.1.1.2. Materiales de las Placas de Orificio. Para la gran mayora de los fluidos a medir y en las condiciones mas variadas de presin y temperatura, los materiales empleados para construir las placas son el acero inoxidable tipo 304 segn ASTM A240/A 240/M-05a y el tipo 316 definido en la misma norma. Estos materiales tienen buena resistencia mecnica y soportan bien la erosin y corrosin del 95% de los fluidos utilizados en las industrias qumicas y del petrleo. No obstante, en casos especiales por ejemplo con fluidos muy cidos, se pueden utilizar aleaciones de monel segn ASTM B127-05, u otros materiales para otros casos excepcionales.

1.1.1.3. Variantes de las tomas de la presin diferencial en tuberas o en bridas.

Para la medida de la presin diferencial creada por la placa de orificio, existen varias formas de situar las tomas de presin, respecto a la placa.

Conexiones en Bridas. ( Flange Taps). Es el tipo de conexin ms utilizado en tuberas de 2 pulgadas de dimetro o mayores. Los ejes de cada una de las dos conexiones estn situados a una pulgada antes y despus de las caras anterior y posterior de la placa. Es muy importante la observacin de las distancias de las tomas para no influir en el coeficiente de flujo y por tanto en la precisin de la medida. El estndar ISO 5167 da las siguientes tolerancias:

25,4mm 0,5 mm cuando simultneamente se da que >0,6 y 58mm0,6 pero 150mm D 760mm D es el dimetro interior de la tubera.

Conexiones en ngulo (Corner Taps). Este tipo de conexin se utiliza casi exclusivamente en tuberas menores de 2 pulgadas. Las conexiones de presin de este tipo requieren unas bridas con diseo especial, que permiten tomar las presiones justamente en las caras anterior y posterior de la placa de orificio.

Las conexiones pueden ser individuales o realizadas en un anillo anular construido expresamente a tal fin. En la Fig. 1.1.1-8 se pueden ver los dos tipos de conexiones. Debido a lo estricto del cumplimiento de todas las medidas acotadas en la Fig. 1.1.1-8, particularmente en el tamao de las



CONEXIONINDIVIDUAL

PLACA DEORIFICIO

d'

a

d Dc c'

d'

DIRECCIONDE CAUDAL

ANILLO ANULARCON TOMAS

DE PRESION

Fig. 1.1.1-8

D do

D 1/2 D

Fig. 1.1.1-9

conexiones a proceso marcadas en el dibujo como d y la distancia de las caras anterior y posterior, a la que deben estar realizadas, de la placa. Se recomienda ver la norma con la que se ha efectuado la construccin, para hacer la inspeccin y verificacin de todas las medidas necesarias antes de su instalacin. Para este tipo de conexiones, los lmites de aplicacin sern los siguientes: d 12,5 mm, 50 D 1000 mm, 0,2 0,75, ReD 5000, para 0,2 0,45 y ReD 10000, para > 0,45 Conexiones en la vena contracta (Radius Taps). Las conexiones en la vena contracta, estn localizadas a un dimetro de tubera aguas arriba de la placa y al punto de mnima presin aguas abajo de la placa. Se utilizan frecuentemente en la medida de vapor de agua y se obtiene mejor precisin que con las tomas en bridas. Con relaciones = d/D 0,72 las conexiones denominadas radius taps que se efectan a 1 dimetro aguas arriba y dimetro aguas abajo de la placa de orificio, son prcticamente iguales a las

tomas en vena contracta.

La distancia del eje de la toma de entrada a la cara de la placa de orificio puede ser de 0,9D a 1,1D sin que exista error apreciable.

La distancia del eje de la toma de salida a la cara de salida de la placa de orificio puede estar comprendida entre los siguientes valores:

Cuando 0,6, D puede estar entre 0,48 D y 0,52 D. Cuando > 0,6, D puede estar entre 0,49 D y 0,51 D. Las conexiones en vena contracta, no se pueden utilizar con algunos tamaos de bridas de cuello soldadas. Esto se debe a que una de las conexiones

puede caer en una posicin no deseada, como puede ser justamente en la unin soldada entre la brida y la tubera

Si se utilizan las tomas en vena contracta, es necesario tener en cuenta que cuando se cambia el tamao del orificio de la placa, la conexin aguas abajo se debe cambiar y se debe efectuar a la nueva distancia que corresponda.

Conexiones en tuberas.- (Full flow Taps). Este tipo de conexin no se utiliza habitualmente, se debe a que se exige una longitud de tramo recto, considerablemente mayor antes y despus de la placa de orificio, respecto a los otros tipos de conexiones. En relacin con la conexin en bridas, tiene la ventaja de que pueden utilizarse bridas normales para la insercin de la placa de orificio. El error probable de medida con las conexiones en tubera, es un 50 % ms grande que el que se puede cometer con cualquier otro tipo de conexiones, ver Principles and practice of Flow



Fig. 1.1.1-10

Meter Engineering de L.K. SPINK. La conexin aguas arriba debe estar a una distancia de 2 dimetros de la cara anterior de la placa de orificio y la conexin aguas abajo debe estar a una distancia de 8 dimetros de la cara posterior de la placa de orificio.

1.1.1.4. Lo que deben cumplir las tuberas. Las normas internacionales ms importantes para la definicin de tuberas son la ANSI y la DIN. Las normas ANSI son utilizadas en Estados Unidos y pases de su influencia. Las normas DIN son originarias de Alemania y se utilizan en pases centroeuropeos. En la industria petroqumica mundial se utilizan mayoritariamente las normas ANSI. En Espaa predomina la utilizacin de normas ANSI en toda la industria qumica y en la industria derivada del petrleo.

Las normas a seguir en cualquier tipo de industria se marcan por la propiedad. Con las normas como referencia, se tienen que confeccionar todas las especificaciones que definirn los procedimientos, diseos y equipos que estn contenidos en el alcance de cada proyecto. Debido a su gran importancia en las plantas qumicas y a la relacin con la instrumentacin, se indican algunos conceptos generales y bsicos de Tuberas.

Tuberas. Son conducciones cilndricas que se utilizan para todo tipo de instalacin de conduccin o transporte de fluidos. Para definir una tubera es necesario conocer: El material.- El material de la tubera se elige dependiendo del fluido a transportar y de las presiones y temperaturas a que se ver sometida. El dimetro.- En las tuberas se consideran tres dimetros.

Dimetro exterior. Es el dimetro real medido. Dimetro interior. Es el dimetro real medido Dimetro Nominal. Es el que define el tamao de la tubera. Cuando nos referimos a una tubera de 1, es que su dimetro nominal es de 1.

TABLA 1.1.1.4 Diferencias entre normas ANSI y normas DIN en Dimetros de tuberas

NORMAS ANSI NORMAS DIN -Por cada nominal existe un solo exterior fijo. -Por cada nominal existen varios espesores de pared y por tanto varios interiores. -En tuberas de 12 y menores, el nominal no coincide con el exterior ni el interior. - En tuberas de 14 y > el nominal coincide siempre con el exterior

-Por cada nominal existen varios exteriores. -Por cada nominal existe un solo exterior que coincida con las normas ANSI. Por cada exterior, existen varios espesores y por tanto varios interiores. - En tuberas de cualquier tamao, el nominal No coincide necesariamente con el interior ni el exterior.

El dimetro nominal no coincide necesariamente ni con el dimetro interior, ni con el dimetro exterior, es una cifra comprendida entre ambos y adems se da redondeada.



El espesor de la pared.- Dependiendo del servicio a que se destina, la tubera debe ser capaz de aguantar un mayor o menor esfuerzo en funcin de la temperatura y de la presin del fluido. En normas DIN el espesor viene dado en milmetros. En normas ANSI, para cada tamao de tubera, el espesor vara segn el schedule. Unin de elementos en tuberas.- Para poder unir unas tuberas con otras, se puede hacer una soldadura a Tope (Butt Weld), con enchufe y soldadura (Soket Weld), roscadas (screwed) y mediante bridas (Flanged). Denominacin de extremos de las tuberas.- Teniendo en cuenta el tipo de unin que se va a realizar, los extremos de las tuberas pueden ser:

Extremos. Utilizados para: Biselados Bevel Ends (B.E) Uniones soldadas a Tope Planos Plain Ends (P.E) Uniones de enchufe y soldadura Roscados Threaded (THRDS.E.) Uniones roscadas. Screwed Ends (SCRD.E.) Bridas Flanged (FLG.E) Uniones con bridas Fabricacin de tuberas. De los distintos tipos de fabricacin de tuberas se destacan 2 categoras. a) Tubera estirada, sin costura (seamless SMLS). Se puede fabricar por estirado en fro,

estirado en caliente o por extrusin. b) Tubera soldada, fabricada a partir de chapa. Se puede fabricar con soldadura

longitudinal por fusin elctrica (E.F.W), tubera soldada por presin (LAP WELDED), tubera con soldadura continua en espiral (SPIRAL WELDED) y tubera soldada con aportacin de electrodo (WELD DEPOSIT).

Accesorios de tuberas (Fittings). Son los elementos que se utilizan para cambios de direccin, cambios de plano, reduccin o aumento del dimetro de la lnea, unin de lneas de distinto tamao y otras muchas posibilidades. Existen mltiples tipos de accesorios, segn la finalidad para lo que se desee. Para cambios de direccin, codos. Para conexin de ramales, T igual, T reductora, weldolet, elbolet, Threadolet, Sockolet. Accesorios en lnea, reductores excntricos y concntricos forjados (Swages), manguito, tuerca de unin,. Existe tanta variedad de accesorios que requeriran un curso especifico de Tuberas para su conocimiento y correcta utilizacin. En general todos los accesorios estn contemplados y definidos con ANSI. Se fabrican en los mismos materiales dimetros y espesores que las tuberas (exceptuando los Swages). Los accesorios NO se identifican por el schedule como las tuberas, sino por las libras #. Se fabrican accesorios de 3000# para tuberas de SCH 40 y 80 y de 6000 # para tuberas de SCH 160 y XXS. Los Swages se identifican por el mismo Schedule que las tuberas. Teniendo en cuenta que los extremos pueden ser: P.E. Ambos extremos planos. T.D.E Un extremo roscado otro extremo plano. T.B.E Ambos extremos roscados.



Las tuberas en las cuales se utilizan los elementos primarios de medida de caudal por presin diferencial, tienen que ser de dos pulgadas o mayores. Los coeficientes de caudal y todos los coeficientes utilizados en los clculos para los elementos aqu indicados, estn realizados sobre tuberas normalizadas de acero al carbono, acero inoxidable o aleaciones que se contemplan en los siguientes cdigos o normas:

ANSI B31.3 para lneas de proceso en general, de acero al carbono.

ANSI B31.1 para lneas relacionadas con la produccin de vapor y recipientes a presin.

ANSI B36.10 dimensiones de tuberas de acero al carbono y ANSI B36.19 para tuberas de acero inoxidable.

API-RPN-530 clculo de espesor de tubos de hornos para refineras de Petrleo.

La tubera tiene que ser perfectamente redonda en su circunferencia interior. Los dimetros interior y exterior estn definidos por las normas anteriormente citadas, as como la rugosidad interior.

En casos excepcionales, se pueden utilizar tuberas de dimetro inferior a dos pulgadas para medir el caudal con placa de orificio. En estos casos hay suministradores que pueden dar el conjunto formado por tramo de tubera calibrado, bridas y placas de orificio preparado y calibrado en factora consiguiendo imprecisiones del 1% e inferiores.

Los errores debido a la rugosidad de la tubera, se ven agrandados considerablemente cuanto ms pequeo sea el dimetro. Por ello, siempre que sea posible, cuando se tiene que medir un caudal en una tubera inferior a dos pulgadas, conviene aumentar el dimetro a dos pulgadas, en el tramo en el cual se va a efectuar la instalacin de la placa y las bridas de orificio para medir. El tramo, tendr una longitud que vendr dada por la necesidad de tramo recto antes y despus de la placa de orificio y estar en funcin del dimetro D de la tubera y del = d/D que se obtenga en el clculo de la placa de orificio.

1.1.1.5. Lo que deben cumplir las bridas. Cuando se quieren conectar tuberas con equipos, con vlvulas, con accesorios bridados, o cuando es necesario realizar una unin de tuberas desmontable, se utilizan los elementos denominados Bridas.

Las bridas para placas de orificio son similares a las bridas normales utilizadas para la unin de tuberas. Los materiales de las bridas son los especficos para soportar adecuadamente las condiciones de presin de temperatura, corrosin y erosin de los fluidos que transportan. Los materiales mas utilizados son el acero al carbono y el acero inoxidable.

De acuerdo a la forma fsica y a la manera de unirse a la tubera, se dan los siguientes tipos de bridas:

Socket Weld (SW).- Bridas de enchufe y soldadura, se utilizan con tuberas de 1 y menores. Threaded (THR).- Bridas roscadas, para 1 de dimetro y menores. Welding Neck (WN).- Bridas de cuello soldado, para dimetro 2 y mayores. Blind (BF).- Brida ciega, se utiliza como tapa en finales de lneas para todos los tamaos. Slip On (S.O).- Brida deslizante. Solo se suele utilizar en servicios auxiliares con temperatura ambiente y para presiones muy bajas.



Fig. 1.1.1-11

Conexiones de presin

Torn

illo

Sepa

rado

r

Las bridas se fabrican d acuerdo con los diseos establecidos en las especificaciones particulares definidas para un proyecto y de acuerdo con normas ANSIB16.5. En este estndar se especifican bridas y accesorios para tuberas de acero de hasta 24 pulgadas de dimetro. La calidad de los materiales de las bridas se definir en la correspondiente especificacin del proyecto, o de acuerdo con el cdigo ASME y las normas ASTM y API. Caras de las bridas.- El acabado de las caras de las bridas y las juntas a utilizar es muy importante. Para definir el grado de estanqueidad, de acuerdo al grado de severidad en las condiciones del fluido de proceso, los tipos de caras son: Face to Face (FF).- Caras planas, son de uso poco frecuente y para bajas presiones y temperaturas. Raise Face (RF).- Caras con resalte, son de uso muy frecuente y para condiciones medias-altas de presin y temperatura. Ring Type Joint (RTJ).- Bridas con juntas de anillo, se utilizan para servicios muy severos de presin temperatura y con fluidos peligrosos como el hidrgeno. Rating de las bridas.- Otra clasificacin importante de las bridas, es la que se hace por la referencia al grupo de libras (#) a que estn asignadas y son los siguientes: 150# Para aceros al carbono, aleados e inoxidables. 300# Para aceros al carbono, aleados e inoxidables. 400# Para aceros al carbono, aleados e inoxidables 600# Para aceros al carbono, aleados e inoxidables. 900# Para aceros al carbono, aleados e inoxidables. 1.500# Para aceros al carbono, aleados e inoxidables. 2.500# Para aceros al carbono, aleados e inoxidables. Las libras que se marcan sobre las bridas son nominales. NO representa la presin mxima que puede aguantar la brida. La presin que puede aguantar vara con la temperatura. Ejemplo: Una brida de 150#, puede aguantar una presin de 275# a 21C, pero solo aguantar 92# a 425 C. Las dimensiones y el nmero de taladros de una brida, son distintos, para cada tamao dentro del mismo (rating) nmero de libras. Tambin son distintos para un mismo tamao, pero con gamas de presiones diferentes (rating distinto) Las bridas para placas de orificio tienen que cumplir con lo anteriormente descrito para bridas de tubera con las siguientes excepciones.

El mnimo rating de construccin debe ser de 300 #. Se debe a que son necesarios unos espesores mnimos para poder hacer los dos o cuatro agujeros para las tomas de presin y que adems se mantengan las caractersticas mecnicas para soportar la presin y la temperatura del proceso. Esto no se puede hacer con bridas de rating inferior a 300 #.



Fig. 1.1.1-12

Las bridas para placas de orificio deben llevar 2 o 4 agujeros radiales para las tomas de presin diferencial.

El conjunto de dos bridas, lleva un tornillo separador, roscado sobre una brida, que hace tope en la otra, ver la Fig. 1.1.1-11. Cuando se rosca, permite separar fcilmente ambas bridas, para poder introducir o extraer la placa de orificio y sus correspondientes juntas para la estanqueidad.

1.1.1.6. Instalacin de tramos calibrados (Meter Run) para medida de caudal.

Los tramos calibrados se utilizan principalmente para medir caudales en tuberas de dos pulgadas o inferiores. En estos casos, se utiliza el tipo de conexiones denominado corner taps. En la Fig. 1.1.1-12 se puede ver este tipo de elemento.

Las tuberas para instalacin de los medidores deben ser seleccionadas cuidadosamente para que la superficie interna sea suave y est libre de estras y de protuberancias. El circulo interior respecto al exterior de la tubera debe ser perfectamente concntrico y los dimetros interior y exterior deben corresponder con los valores y tolerancias dados en los estndares de tuberas.

Cuando se quiere tener una buena precisin, se suelen comprar las bridas de orificio montadas con tramos de tubo calibrado formando un conjunto. Existen suministradores de estos conjuntos que facilitan certificados con la precisin que se puede obtener.

Para que no existan influencias de la rugosidad de las paredes sobre las

lneas de flujo, es suficiente montar un tramo de tubera calibrada de 15 dimetros de longitud aguas arriba de la placa. Se deben alcanzar las longitudes de tramo recto dados en la tabla 1.1.5 de tramo recto requerido, y la tubera debe ser del mismo schedule (caracterstica) que la tubera calibrada.

La tolerancia exigible en la concentricidad del tramo calibrado, varia en funcin de la relacin d/D = . Para una = 0,7 la tolerancia es del 0,5% de la seccin aguas arriba y del 1% de la seccin aguas abajo. Para ver las tolerancias de otros ver los datos facilitados por la American Gas Associatin Report N3. Se recomienda que los tramos calibrados sean diseados para una longitud equivalente a un mnimo de 0,7. Las bridas de orificio pueden ser roscadas, Slip On, o de cuello. Si son bridas roscadas o Slip On, se debe tener cuidado de que no existan rebabas producidas al taladrar las conexiones de presin diferencial hacia el interior de la tubera. La reduccin del tamao de la tubera por cualquier soldadura debe ser eliminada. Si se utilizan bridas de cuello soldado se tiene que asegurar que el agujero de la brida sea del mismo tamao que el dimetro interno de la tubera y que sea concntrico y paralelo con el de la tubera. Si hubiera alguna rugosidad interna en la soldadura deber ser suavizada. Si se quiere obtener la



mxima precisin, el dimetro interno de la tubera estar de acuerdo con lo indicado en AGA Report N3. El dimetro interno de la tubera antes y despus de donde se instala la placa de medida, interviene en el clculo de la misma. Es necesario controlarlo en cuanto a rugosidad interior, estras o cualquier otra imperfeccin. El dimetro debe ser el marcado en las normas, con las tolerancias indicadas en AGA. Tambin se indica el procedimiento de medida y las longitudes de los tramos de tubera que deben ser objeto de control.

Antes de su instalacin, todos los tramos calibrados deben ser inspeccionados para que cumplan con las dimensiones, ausencia de rebabas, depsitos de escorias de soldadura y redondez interna.

Placa de Orificio.- Antes de instalar las placas de orificio, se deben inspeccionar como se indico anteriormente en el apartado 1.1.1.1. En los tramos calibrados se debe inspeccionar la concentricidad, redondez del agujero, aspereza y la ausencia de rebabas y muescas. Se debe medir el dimetro con un micrmetro y contrastar con el valor que debe estar grabado en la cara de entrada en la parte superior de la lengeta (prolongacin rectangular de la placa). En las placas que tienen biselado o chafln, el bisel debe situarse en la cara aguas abajo de la placa de orificio, como se puede ver en las figuras 1.1.1-2,3 y 4. En las placas de orificio de cuarto de crculo, el orificio redondeado debe estar situado en la cara aguas arriba de la placa de orificio, como se puede ver en la Fig. 1.1.1-5.

Para obtener la mxima precisin, la placa de orificio se debe posicionar muy cuidadosamente entre los resaltes de las bridas para asegurar que el agujero de la placa est concntrico respecto al dimetro de la tubera del tramo calibrado en un valor inferior al 3%.

Para precisiones normales, se puede utilizar el crculo formado por la parte interior de los agujeros para los pernos de las bridas para centrar la placa de orificio.

Con una placa de orificio concntrica en un tramo calibrado de tuberas, y teniendo en cuenta los tramos rectos exigidos en la tabla 1.1.5 y en la Fig. 1.1.5-1 los coeficientes de caudal pueden ser fcilmente repetidos con una precisin del 0,1%.

El dimetro interior de las juntas que se ponen entre la placa y las bridas, debe ser superior al dimetro interior de la tubera y adems, las juntas deben estar perfectamente centradas.

La instalacin de las placas de orificio en las bridas se debe posponer hasta que las lneas de proceso han sido perfectamente barridas y limpiadas. Si no se hiciera as, la propia placa de orificio hara de presa de contencin para los residuos que formaran depsitos, los cuales, podran obstruir y taponar las tomas de presin y adems podran araar o estriar el orificio, lo cual, causara imprecisin en la medida.

1.1.2. Toberas de caudal. Se utilizan menos frecuentemente que las placas de orificio y van insertadas en la tubera, entre bridas, como las placas de orificio. La ventaja principal, respecto a las placas de orificio, es que tienen una capacidad de recuperacin de presin superior. Para una prdida de presin y un dimetro de orificio determinado, miden hasta un 65% ms de caudal que una placa de orificio. Se utilizan para medir fluidos con alta velocidad. Cuando se utilizan con bajo numero de Reynolds, la precisin de la medida disminuye considerablemente.



Fig. 1.1.2-1

D / 2

D

DIRECCIONDE CAUDAL

0.6041d

d D

PORCION AREBAJAR

R1 R2

a b

TOBERA ISA 1932

D3

2/3d

d 0.6d

DIRECCIONDE CAUDAL

Hd

F

7/6d

TOBERA ASME

Fig., 1.1.2-2

Hay varios tipos de Toberas, pero las dos mas utilizadas son: La Tobera ISA 1932 cuyo perfil de entrada corresponde a de crculo, es la tobera ms utilizada en Europa, y la Tobera ASME cuyo perfil de entrada corresponde a de Elipse. Los detalles constructivos y clculos para ambos tipos de Tobera se pueden ver en el estndar ISO-5167 measurement of fluid flow by means of orifice plate, nozzles and venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full. En la Fig. 1.1.2-2 se pueden ver los dos tipos de toberas indicados.

TOBERA ISA 1932.- Para cumplir con el estndar indicado, en la conexin aguas arriba de la tobera ISA 1932 se deben utilizar las conexiones corner taps, la conexin aguas abajo puede ser igualmente corner tap (ver lo indicado en el apartado 1.1.1.3 para este tipo de conexiones) o situarse un poco mas

separada. Siempre se debe cumplir que la distancia entre el centro de la toma y la entrada de la tobera debe ser 0,15 D para una 0,67 y 0,2 D para > 0,67. La tobera ISA 1932 se podr utilizar de acuerdo con el estndar citado siempre que se den las siguientes condiciones:

El dimetro de la tubera debe estar comprendido entre 50 y 500 mm.

El debe ser 0,3 y 0,8 El nmero de Reynolds RD ser: 70.000 RD 107 para 0,3 <

0,44. 20.000 RD 107 para 0,44 0,8. TOBERA ASME.- La tobera ASME se construye con dos tipos de figuras dependiendo de la relacin . Tobera de alta relacin, cuando 0,25 y 0,8. Tobera de baja relacin, cuando 0,20 y 0,5. Para valores de entre 0,25 y 0,5 se puede utilizar cualquiera de los dos diseos. En la parte derecha de la Fig. 1.1.2-2 se ha representado una tobera de baja relacin. La tobera de alta relacin tiene la entrada con menos curva porque la elipse es mas aplanada

El tipo de conexin mas utilizado para este tipo de tobera es la conexin Radius Taps, ver punto anterior 1.1.1.3.

La posicin de la toma de entrada se debe situar entre los valores de 1 D + 0,2 D , 1 D 0,1 D de la cara de entrada de la tobera.



Fig. 1.1.3-1

Cmaras Anulares

El eje de la toma de salida estar situado a 0,5 D 0,01D desde la cara de entrada de la tobera.

Los limites de utilizacin de este tipo de tobera para cumplir con el estndar de ISO son los siguientes:

50 mm. D 630 mm. 0,20 0,8. Nmero de Reynolds 104 RD 107.

1.1.2.1. Instalacin. La instalacin de las toberas tiene varios inconvenientes que son necesarios controlar para conseguir un montaje correcto.

Las conexiones recomendadas por la ISO 5167 para la tobera ISA 1932, son las denominadas Corner Taps. Efectuar este tipo de conexiones en campo durante la fase de montaje, es difcil para hacerlo correctamente, tanto si se hace con tomas en anillos anulares, como si se hacen directamente en las bridas. Lo mas conveniente es que vengan hechas de fbrica y para ello, se debe pedir que se suministren conjuntamente la tobera con las bridas y los anillos anulares, o con las tomas en las propias bridas dependiendo de la opcin elegida. De esta forma, el complejo mecanizado de las tomas puede ser realizado correctamente. Se hace notar que este tipo de elemento se utiliza en tuberas con tamaos superiores a 10, lo cual, significa un tamao y peso considerable.

En la tobera ASME, el tipo de conexin mas utilizado es el de Radius Taps, ver la Fig. 1.1.2-1, tambin es necesario cumplir con las distancias de las tomas y con las tolerancias que se indican en el estndar ISO 5167.

El mayor inconveniente para el montaje de ambos tipos de toberas es el tamao. Tienen una anchura desde 0,6d en las ISA 1932 hasta 1,6d en las ASME. Esto significa que para insertarlas entre las bridas, las tuberas se tienen que poder separar y volver a juntar, una longitud considerable. Se debe tener en cuenta sta longitud en el diseo de la tubera, para que sta se pueda desplazar. Si no fuera posible tal desplazamiento, tendra que hacerse un carrete desmontable con el consiguiente empleo de bridas adicionales.

1.1.3. Tubo Venturi. El tubo Venturi se utiliza en aplicaciones donde sea muy importante reducir la prdida de carga permanente. Este elemento es mucho ms costoso que las placas de orificio y que las toberas de caudal. La perdida de carga permanente para los Venturi puede ser del 10 al 14% de la presin diferencial producida para la medida del caudal.



Fig. 1.1.4-1

En el estndar ISO.5167, se describen diseos con dimensiones, clculos y conexiones del Venturi clsico, con las tres variantes siguientes:

a) Seccin convergente fundida. Se utiliza para dimetros comprendidos entre 100 y 800mm. La relacin debe ser 0,3 y 0,75.

b) Seccin convergente mecanizada. Se utiliza para dimetros comprendidos entre 50 y 250mm. La relacin debe ser 0,4 y 0,75.

c) Seccin convergente de chapa soldada. Se utiliza para dimetros comprendidos entre 200 y 1200mm. La relacin debe ser 0,4 y 0,7.

En la Fig. 1.1.3-1 se puede ver un tubo venturi clsico. Se hace notar que las conexiones de alta y baja presin, que corresponden a la entrada y a la zona de estrechamiento del venturi, se efectan con varias tomas, al menos cuatro, hechas en forma radial y unidas a una cmara anular que promedia el valor de la presin medida en cada una de las cuatro tomas. Las cmaras anulares pueden ser construidas formando parte del venturi, como en la figura mostrada, , se puede formar con dos tubos que rodean circularmente el venturi por las zonas de entrada y cuello respectivamente y estn conectados, cada uno de ellos, a las cuatro tomas radiales de sus zonas correspondientes. Las conexiones de presin para el instrumento de presin diferencial son dos y se efectan en las cmaras anulares o en los tubos circulares.

1.1.3.1. Instalacin. Debido a que son elementos pesados y voluminosos y a que deben ser diseados y soportados conjuntamente con la tubera, los tubos Venturi se instalan por montadores de tuberas, que disponen de los medios mecnicos adecuados.

Para su correcta instalacin, se debe supervisar la direccin del flujo y la posicin de las conexiones de presin. La toma de alta presin estar en la entrada del caudal y la de baja presin estar situada en el cuello estrecho del Venturi.

Se supervisarn las posiciones de las tomas. Dependiendo del fluido a medir, deben quedar en horizontal o 45 grados hacia abajo si es liquido, o en vertical o 45 grados hacia arriba si es gas.

1.1.4. Tubo Pitot El tubo Pitot es un medidor de caudal de presin diferencial del tipo de los elementos que se insertan en la Tubera. El tubo Pitot se utiliza para medida en Tuberas grandes. Su fcil insercin e incluso extraccin y su facilidad para medir grandes caudales de lquido o de gas, hace que sea ampliamente utilizado, aunque su precisin de +5% sea relativamente baja. Los fluidos tienen que ser limpios y las paredes de la tubera tienen que estar libres de rugosidades porque el tubo Pitot es muy sensible a las variaciones del perfil de velocidad en la seccin transversal de la tubera.



Fig. 1.1.4-2

El principio de medida del tubo Pitot se basa en la medida de la presin diferencial existente entre, la presin total esttica mas la presin dinmica medida por un tubo con orificio enfrentado a la direccin del flujo y situado en el centro de la tubera por la que pasa el caudal y la presin esttica medida con otro tubo con orificio situado en la parte opuesta a la direccin del flujo.

De la diferencia de presin entre ambas tomas se obtiene la presin diferencial la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad del fluido.

Hay varios fabricantes que han desarrollado variantes del tubo Pitot con objeto de medir mejor el perfil de velocidades de las lneas de flujo en la seccin transversal del tubo y han fabricado un tubo Pitot que consta de dos tubos metlicos con diferentes secciones dependiendo del suministrador. El Tubo que se pone frente al flujo tiene varios agujeros distribuidos matemticamente respecto al eje central de la tubera. Este tubo mide la presin total promediando la presin de las distintas lneas de flujo de la seccin transversal. El tubo que mide la presin esttica tiene un orificio en la parte posterior segn el sentido del flujo.

1.1.4.1. Instalacin. El tubo Pitot y el Pitot promediado son muy sensibles a las variaciones en el perfil de velocidad en la tubera, por eso se deben tener en cuenta los tramos rectos necesarios antes y despus desde donde se instale el detector.

En tuberas grandes, se prefiere una instalacin con el tubo promediado soportado en la parte inferior similar a la que se ve en la Fig. 1.1.4-2. De no ser soportado en ambos extremos, se corre el riesgo de que sea doblado el tubo, debido a la presin ejercido por el fluido.

En algunos montajes, se instala un conjunto de accesorios para poder realizar la extraccin del tubo con el proceso en funcionamiento. El conjunto lleva un niple corto de 1 y a continuacin una vlvula de compuerta del mismo tamao, seguido de la vlvula, lleva un acoplamiento por donde pasa y se rosca el tubo medidor. Cuando se extrae para verificacin, se desenrosca permitiendo el deslizamiento hacia el exterior. Cuando el extremo inferior del tubo ha salido de la vlvula, se cierra la misma y se extrae totalmente el tubo. Dependiendo del ajuste del tubo con respecto a los niples y los sistemas de prensaestopas que llevan, la fuga de fluido al exterior puede ser nula.



A H

DETALLE 2

A H

DETALLE 1

10dMin

B H

DETALLE 3

Menorde

10d

H A

DETALLE 4

A

C H

DETALLE 5

10d

E H

DETALLE 6

Menorde

10d

H

DETALLE 7

VALVULA DE COMPUERTATOTALMENTE ABIERTA

F H

DETALLE 8

G

VALVULA DEESTRANGULAMIENTO

H

DETALLE 9

G

VERNOTA 3

VERNOTA 2

H

DETALLE 10

B

VERNOTA 3

H

DETALLE 11

JX

H

DETALLE 12

E

VERNOTA 3

H

DETALLE 13

E

VERNOTA 3

NOTAS:1. CUANDO LA VALVULA ESTA PRECEDIDA POR ACCESORIOS, EL TRAMO RECTO

DEBE SER SUFICIENTE PARA CUMPLIR SUS REQUERIMIENTOS.2. SI ESTA LINEA CONTIENE ACCESORIOS EN OTRO PLANO, UTILIZAR LAS

DIMENSIONES C O E REQUERIDAS EN LOS DETALLES 5 O 6.

3. DOBLE ENTRADA CON ACCESORIOS PUEDE SER CONSIDERADA COMO UNCODO SIMPLE CUANDO LA LINEA ESTA NORMALMENTE BLOQUEADA (POREJEMPLO EN BOMBAS DE RESERVA).

4. EN EL DETALLE 11, X+J DEBE SER IGUAL AL NUMERO DE DIAMETROSREQUERIDOS POR LOS ACCESORIOS PRECEDENTES.

VERNOTA 1

Fig. 1.1.5-1

A H

1.1.5. Longitud mnima en tramo recto.



Los elementos primarios para medidas de caudal, insertados en las tuberas y basados en la medida de presin diferencial producida por uno de los detectores descritos anteriormente, placas de orificio, toberas de caudal, tubos Venturi y tubos Pitot o variante, necesitan estar instalados en tuberas, en las cuales, debe haber una mnima longitud de tramo recto antes y despus de los elementos generadores de la presin diferencial, para que la medida efectuada sea correcta. Los tramos rectos se dan en longitudes equivalentes a nmero de dimetros de la tubera que debern ser rectos y libres de perturbaciones, antes y despus del elemento de medida. Las longitudes se indican en la tabla 1.1.5 y se complementa con los detalles de la figura 1.1.5-1.Se hace notar que las cantidades indicadas son las mnimas y siempre que sea posible se debern aumentar.

Cuando se utilizan conexiones en tuberas, Pipetaps, a las cantidades indicadas en la tabla, el tramo recto anterior debe incrementarse con 2 dimetros y el tramo posterior con 8 dimetros de tubera. Para las mismas denominaciones se utiliza frecuentemente los trminos aguas arriba para el anterior y aguas abajo para el posterior. Se puede observar que los tramos rectos indicados en la figura 1.1.5-1, estn basados en la relacin de dimetros de la placa de orificio d, con respecto al dimetro interior de la tubera D, de tal forma, que cuanto menor sea la relacin, menor es la exigencia de la longitud de tramo recto. No obstante, se recomienda utilizar la longitud de tramo recto, siempre que sea posible, como si la relacin fuera de 0,7. Entre otras razones, porque si en el futuro fuera necesario cambiar la placa debido a nuevas condiciones en el proceso, la medida sera muy poco precisa, si por ejemplo, hubiramos dispuesto tramos rectos para una relacin d/D = 0,4 y posteriormente fuera de 0,72.

Cuando se quieren efectuar medidas con gran precisin, se recomienda utilizar el estndar ISO 5167 con total rigor, para el calculo de los elementos que producirn la presin diferencial, para la disposicin, tamao y distancias de las tomas de presin diferencial, para la rugosidad y tolerancia de las tuberas as como para la exigencia del cumplimiento de los tramos rectos antes y despus del elemento de medida. Los tramos rectos indicados en las figuras y tabla precedentes, asumen un error probable de 0,5%. Para evitar este

TABLA 1.1.5 Tramos rectos en funcin del obtenido en el clculo de la Placa de Orificio

= d / D D = Dimetro interior de la

tubera TRAMO RECTO REQUERIDO ( Dimetros de tubera)

Ver Nota 4 A B C E F G H J 0,8 20 25 33 40 14 50 5 15 0,75 17 21 27 35 11 44 5 14 0,7 14 19 23 31 9 39 5 13 0,65 12 15 21 28 8 34 5 11 0,6 10 14 19 25 8 31 5 10 0,55 9 12 18 22 7 28 5 9 0,5 8 10 17 21 7 25 5 8 0,45 7 9 16 20 5 24 5 7 0,4 7 9 15 18 5 22 5 7 0,35 6 9 14 17 5 21 5 6 0,3 6 9 14 16 5 20 5 6 0,25 6 9 14 16 5 19 5 6



Fig. 1.1.5-2

error, las longitudes de los tramos rectos deberan duplicarse tal y como se indica en le citado estndar.

1.1.5.1. Enderezadores de flujo. Cuando en los diseos no se pueden cumplir las exigencias de tramos rectos, se puede recurrir al empleo de enderezadores de flujo como los que se pueden ver la Fig. 1.1.5-2. Estos elementos permiten acortar las distancias en tramos rectos, pero reducen la seccin

de la tubera y son la causa de frecuentes taponamientos, por ello, es preferible cambiar el diseo de la lnea para proporcionar tramo recto suficiente, en vez de utilizar los enderezadores.

1.1.5.2. Medida de presin en las tomas de presin diferencial. Cuando se quiere medir la presin de un gas en el interior de la tubera, es frecuente hacerlo con una de las tomas utilizadas para medir la presin diferencial. Si la presin esttica del fluido gas o vapor es del orden de varios Kg/cm2 y la diferencia de presin producida por la placa de orificio o por cualquier otro elemento de medida por presin diferencial, es del orden de mm de columna de agua (< 2500 mm CA), se puede medir la presin en la toma de aguas arriba o aguas abajo indistintamente, puesto que el error que se va a cometer puede ser despreciable.

No obstante, es necesario hacer notar que en las conexiones en bridas, la presin esttica real no se puede medir ni en la toma anterior ni en la posterior. Se vio en la Fig. 1.1.1-1, el perfil de presiones que se produce en una tubera en la cual se inserta una placa de orificio. Se indicaba que parte de la presin diferencial medida se recupera varios dimetros aguas abajo y que no toda se convierte en perdida la carga.

La medida de la presin esttica utilizando la toma de baja, se utiliza cuando se trata de medir con cierto grado de precisin el caudal y se corrige por la verdadera presin existente en la lnea, en vez de la presin con la cual se realiz el clculo de la placa de orificio.

1.1.5.3. Conexin para medir la temperatura. Cuando se quiere medir un caudal con precisin, a veces, es necesario medir la temperatura para hacer las oportunas correcciones. Los termopozos o vainas para termopares, se deben insertar en la tubera a suficiente distancia del elemento primario para que las perturbaciones que introducen en el caudal, eviten causar errores en la medida del elemento primario. Si se insertan aguas arriba, deben estar por lo menos a 20



Fig. 1.1.6-1

Indicador Transmisor

o Controlador

Fig. 1.1.6-2

dimetros de tubera de distancia del elemento primario y si se insertan aguas abajo la distancia mnima ser igual o mayor a 5 dimetro de tubera.

1.1.6. Medidor de rea variable. Rotmetro. Al medidor de rea variable se le denomina de forma comn Rotmetro. Este tipo de medidor consta de un tubo vertical y un flotador que se desplaza verticalmente por el interior del tubo. Se basa en el principio de que el flotador tapa parcialmente el tubo y toma una posicin en el interior del mismo, que es funcin del caudal que circula, desde la parte inferir entre el flotador y el tubo. El flotador siempre tiene una densidad superior al fluido a medir. El rea anular a travs de la que pasa el caudal, es la diferencia entre el rea del obturador flotador y el rea del tubo, en el punto en que el obturador est en equilibrio. El rea interna del tubo crece de forma constante desde su parte inferior a la superior, como se puede ver en la Fig. 1.1.6-1, mientras que el rea del flotador permanece constante. Por tanto, el rea de paso del caudal es mayor cuanto ms arriba se equilibre el flotador. La posicin de equilibrio del flotador nos indica una seccin de paso, que corresponde con un rea variable en funcin del caudal. Con una presin diferencial constante (equivalente al peso del flotador), el caudal es directamente proporcional al rea.

Tienen una buena rangeabilidad, pueden medir caudales con una relacin de 10:1 y con una imprecisin del 1% del caudal medido a lo largo de toda la escala. Hay Rotmetros indicadores, transmisores e incluso controladores, los tamaos pueden ser muy variados y van desde de pulgada hasta 8 o 10 pulgadas. Cuando se emplean en servicios de altas presiones, altas temperaturas, o una combinacin de ambas al mismo tiempo, se requieren materiales especiales para la construccin del cuerpo. Los diseos para que soporten las duras condiciones de operacin, repercuten en un encarecimiento excesivo de este tipo de medidor.

Se suelen utilizar para medir lquidos con altas viscosidades, que requieren calentamiento para evitar su congelacin, como por ejemplo, en el procesado de los aceites minerales que se utilizan para lubricacin. Tambin es frecuente la utilizacin de Rotmetros para lquidos que tienen una cierta cantidad de slidos en suspensin.



Lneas horizontales con vlvulas de bloqueo y de Bypass

Fig. 1.1.6-3

Byp

ass

Fig. 1.1.7-1

1.1.6.1. Instalacin. Los Rotmetros tienen que ser montados siempre en vertical y con el flujo entrando por la parte inferior. La salida puede ser por la parte superior o por un lateral, si es de tipo acodado. Se deben montar en lugares totalmente exentos de vibracin y con suficiente tramo libre por encima, para poder desmontar el flotador interno para su inspeccin. Debe ser instalado en zona accesible y visible desde suelo o plataforma, para reparacin y mantenimiento. El elemento de control de caudal, vlvula automtica o manual, siempre se sita aguas abajo de la salida del rotmetro. Si se quiere reparar sin tener que parar la planta, se necesita bypass y vlvulas de bloqueo para poderlo desmontar. En lneas de gran tamao, para evitar vibraciones, se debe tener un cuidado especial con el diseo y soportado adecuado de las tuberas, vlvulas y elemento de medida. Se debe tener en cuenta, que en las entradas y salidas, cuando son horizontales, los cambios del flujo en planos a 90 grados, producen un ruido dinmico que hace necesaria una buena fijacin, para evitar daos en las lneas.

Para tener una buena precisin con este tipo de medidor, no se requieren tramos rectos de tanta longitud antes del Rotmetro, como en los elementos de presin diferencial. Con 5 dimetros de tramo recto antes del Rotmetro, se garantiza que la perturbacin en el fluido no afectar a la precisin en la medida.

Por ser elementos insertados que forman parte de la propia tubera, en los tamaos grandes, se requiere un cuidadoso diseo para dotarlos de bypass, vlvulas de aislamiento y elementos de despresurizacin y purga para el mantenimiento.

1.1.7. Medidor de impacto. El medidor de impacto es un medidor que genera una seal de salida equivalente a unidades de caudal, directamente proporcional a la fuerza aplicada a una pieza similar a una moneda grande que est suspendida en la corriente del fluido. El caudal se mide como la raz cuadrada de esta fuerza y por tanto el caudal es la raz cuadrada de la seal de salida.

El medidor, como se puede apreciar en las figuras 1.1.7-1 y 1.1.7-2, est insertado en un trozo de tubera acabado en los extremos con bridas, por tanto, se monta directamente en la tubera.

Se utiliza frecuentemente en las refineras de petrleo para medir fluidos muy viscosos como son los asfaltos calientes.

Se pueden utilizar con cuerpos y bridas para aguantar



Fig. 1.1.7-2

Fig. 1.1.8-1

presiones de hasta 1.500 PSI y temperaturas de 250C.

Producen una prdida de carga alta y el rango de medida es de 3 a 1 similar a las placas de orificio, toberas y Venturi. No se pueden calibrar ni comprobar en lnea y para desmontarlo es necesario proveer vlvulas de aislamiento y lneas de bypass, lo cual, tiene bastantes inconvenientes por que es necesario dejar tramos rectos antes y despus para no perturbar las lneas de flujo.

1.1.7.1. Instalacin. El medidor de impacto se puede montar en lneas horizontales y en lneas verticales. Debe ser instalado en lugar accesible desde suelo o plataforma. Al estar montado en lnea, se debe tener en cuenta la direccin del flujo para que su orientacin sea correcta. En lneas grandes, se debe soportar adecuadamente para evitar vibraciones y estrs en los materiales.

En el clculo y diseo, se utilizan los mismos trminos que en las placas de orificio y la relacin d/D debe ser inferior a 0,7. Las longitudes de tramos rectos antes y despus del medidor, deben ser los que se indican en la Tabla 1.1.5 y los dibujos empleados para las placas de orificio.

1.1.8. Medidor de turbina. El medidor de turbina es del tipo insertado en tubera. Concretamente es un tramo de tubo acabado en sus extremos con bridas. Consta de un rotor con alabes, suspendido en una corriente de fluido con el eje de rotacin perpendicular a la direccin del caudal. El rotor se mueve por el choque del lquido con los alabes. La velocidad angular del rotor es proporcional a la velocidad del fluido, lo cual a su vez, es proporcional al valor del caudal volumtrico.

Para captar la velocidad de la turbina hay dos mtodos:

Reluctancia.- En este mtodo, la velocidad viene determinada por el paso de los alabes de la turbina a travs de un campo magntico, creado por un imn permanente montado en una bobina captadora exterior. El paso de cada alabe, varia la reluctancia del circuito magntico. La variacin cambia el flujo e induce en la bobina captadora una corriente alterna que es proporcional al giro de la turbina.

Inductivo.- En este mtodo el rotor lleva incorporado un imn permanente. El campo magntico que se origina al girar el rotor induce una corriente alterna en una bobina

captadora exterior.

En ambos casos, la frecuencia generada por el rotor de la turbina es proporcional al caudal que circula por la lnea.

El medidor de turbina tiene una buena precisin en la medida, el error suele ser inferior al 0,25% del caudal medido. Tienen muy buena



rangeabilidad, con un medidor de ese tipo se pueden medir con igual precisin caudales diversos con relaciones de hasta 10 a 1. Se puede utilizar con tuberas muy pequeas y muy grandes. Se puede utilizar con temperaturas de hasta 300 C y bajo cero. Soporta presiones de hasta varios cientos de Kg/cm2. Se utilizan frecuentemente en la medida de caudales para la mezcla de productos en Blendings de gasolinas y gasleos en refineras de petrleos, con buena precisin.

1.1.8.1. Instalacin. Pueden averiarse fcilmente con fluidos no lubricantes o sucios. Requieren bastante mantenimiento. Las calibraciones deben hacerse fuera de lnea y en instalaciones del suministrador.

El medidor de turbina se monta directamente en la lnea de proceso con conexiones generalmente en bridas, aunque tambin pueden ser soldadas o roscadas. La lnea debe estar libre de vibracin y se deben montar en lugares accesibles para mantenimiento.

Se montan en lneas horizontales. El montaje en lneas verticales no es recomendable. Para montaje en vertical, se exige una calibracin particular y tambin cojinetes axiales especiales, una vez decida la posicin de montaje, no se puede montar en posicin distinta a la especificada.

La buena precisin de este medidor est relacionada con la longitud de tramo recto antes y despus del medidor.

Cuando se requiere una buena precisin en la medida de lquidos, se debe eliminar previamente el gas si lo hubiera. Para obtener buena medida y evitar cavitacin en la turbina, la presin esttica aguas abajo debe ser siempre positiva y al menos dos veces superior a la prdida de carga sufrida por el fluido que pasa a travs de la turbina.

Antes de su instalacin, se deben haber limpiado las lneas de proceso para evitar ensuciamientos y posteriores daos.

En la instalacin entre bridas, se debe tener especial cuidado con las juntas para evitar que introduzcan perturbaciones en el flujo que entra a la turbina.

Cuando se utilizan en procesos continuos y se deben desmontar para reparacin, ser necesario montar vlvulas de bloqueo anterior y posterior y una lnea de bypass.

Las vlvulas de bloqueo se deben montar por lo menos 10 dimetros aguas arriba y 5 dimetros aguas abajo para que no causen perturbacin en la medida.

La seal procedente de un medidor de turbina, es un pulso con muy bajo nivel de tensin. Esta seal debe ser llevada con cable apantallado y amplificada adecuadamente antes de realizar largos recorridos hasta la sala de control.

1.1.9. Medidores de caudal Magnticos. El medidor de caudal magntico mide el caudal volumtrico de lquidos, para lo cual, los lquidos necesariamente han de tener un cierto nivel de conductividad elctrica. La mayora de los derivados del petrleo no pueden ser medidos con medidores magnticos por la insuficiente conductividad de los hidrocarburos, por lo que el empleo de este tipo de medidor no est muy extendido en las refineras de petrleo. Sin embargo, tienen una gran aplicacin en plantas de tratamiento de aguas residuales y en la medida de lquidos con una



Fig. 1.1.9-1

Fig. 1.1.9-2

Tubera

Bobinas

Carcasa deProteccin

conductividad elctrica superior a 1 (micro siemens) s/cm. Para fines industriales el limite practico de conductividad es del orden de 10 s/cm.

El medidor consta de dos partes:

El elemento primario que va instalado en la lnea de proceso el cual, contiene el tubo, el medidor magntico y los electrodos.

El elemento secundario corresponde al receptor electrnico.

El elemento primario genera una seal proporcional al caudal del flujo circulante. La seal se transmite a un receptor que puede estar montado cercano o hasta 300 m alejado del emisor.

El medidor electromagntico opera con el mismo principio que un generador elctrico. Se basa en las leyes de Faraday de induccin electromagntica. En las leyes de Faraday se establece que cuando un conductor interrumpe transversalmente lneas de flujo magntico, se induce en el conductor una tensin que es directamente proporcional a la velocidad a la que las lneas de flujo estn siendo interrumpidas. El conjunto del medidor electromagntico y el trozo de tubera que forma parte del medidor, debe estar aislado elctricamente de la tubera principal por ambos extremos.

Se genera un campo electromagntico constante a travs de la seccin del tubo y el fluido que atraviesa el campo magntico hace de conductor que corta o interrumpe las lneas de flujo.

En los 2 electrodos que estn colocados diametralmente en oposicin, en la seccin del tubo, se genera una tensin que es proporcional a la velocidad del fluido. Ver la Fig.1.1.9-1. La tensin de corriente alterna, se amplifica y acondiciona por el receptor y proporciona una seal normalizada.

Los medidores magnticos se utilizan en aplicaciones donde los fluidos contengan residuos slidos o pastosos, tambin se utilizan con fluidos corrosivos ya que la nica parte metlica en contacto con el fluido son los electrodos.

La prdida de carga es nula, por lo que son adecuados para su instalacin en grandes tuberas de suministro de agua, donde es esencial que la prdida de carga sea pequea.

La imprecisin de la medida en los medidores magnticos es del orden de 0,5% del valor de medida.

El medidor magntico responde exclusivamente a la velocidad del caudal, por ello, es independiente de la viscosidad, de la densidad, de la presin y de la temperatura.



El rango de medida puede tener una relacin de 10:1 o mayor.

La medida del caudal se puede hacer de forma bi-direccional. Sin cambiar la direccin del medidor se pueden medir caudales en uno u otro sentido.

El rango de temperaturas del fluido a medir puede estar comprendido entre 0 y 250C, en casos de temperaturas superiores a los 150 C, es necesario examinar los materiales empleados en los recubrimientos, para estar seguros de que son los adecuados. El rango de presiones es muy amplio y se pueden encontrar medidores que pueden trabajar entre presiones cercanas al vaco total y por arriba tambin trabajan con aplicaciones de varios cientos de Kg /cm2 de presin.

El rango de velocidades del fluido puede variar entre 0,5 y 10 m./seg. pero la velocidad mas adecuada para lquidos est entre 2 y 3 m./seg. Para la medida de lodos, la velocidad tiene que ser superior a 1,5 m./seg. y para medida de lechadas alrededor de 1,5 m./seg.

Salvo en casos especiales, la conductividad del lquido debe ser igual o superior a 10 microsiemens/cm para que se pueda medir adecuadamente.

Este tipo de medidores no puede ser calibrado en lnea.

1.1.9.1. Instalacin. Para que pueda efectuarse la medida correctamente, el diseo de tuberas ha de realizarse para asegurar que el medidor est siempre lleno de lquido. El medidor es una pieza de tubera, pero el montaje tiene que hacerse con muchos mas cuidados que una tubera ya que es un elemento elctrico. Se deben seguir las instrucciones del fabricante para su montaje y conexionado.

El transmisor debe ser accesible desde suelo o plataforma, con suficiente espacio a su alrededor para poder acceder a los componentes.

Puede ser montado en horizontal, en vertical o en ngulo, pero como se ha indicado anteriormente, la tubera deber estar llena. Si se monta verticalmente el flujo ser de abajo hacia arriba para asegurarse el llenado. Cuando se monta en horizontal, el eje de los electrodos no estar en el plano vertical para evitar que una pequea cantidad de gas, impida el contacto del electrodo con el lquido. Si se monta vertical y con fluido abrasivo, se recomienda disponer un tramo recto de tubera antes y despus para evitar la erosin del revestimiento del medidor, que se producira si el flujo tuviera perturbaciones inmediatamente antes o despus del medidor. Desde el punto de vista de la precisin en la medida, las perturbaciones aguas arriba del medidor no afectan de manera importante

Los tubos de los medidores pueden ser fabricados metlicos o de fibra de vidrio.

Los tubos metlicos se fabrican de acero inoxidable no magntico, se recubren de un material aislante para evitar el cortocircuito del circuito de medida.

Los tubos de fibra de vidrio se utilizan como solucin ms econmica en aplicaciones donde las presiones y temperaturas lo permitan. Poseen buena resistencia a la corrosin pero en aplicaciones donde se produzca abrasin no son resistentes. Pueden dar problemas de rotura cuando las bridas de las lneas no estn bien instaladas.

En general, los medidores magnticos se suministrarn con bridas en sus extremos. Con tamaos de hasta 10 o 12 pulgadas, el propio medidor no necesitar soportado. La tubera a ambos lados llevar los correspondientes soportes para que aguanten el medidor. El medidor nunca se soportar a una u otra lnea, ni ser punto fijo para soportar



deslizamientos por dilatacin de la tubera. Las tuberas se disearn con la suficiente flexibilidad para que no se transmitan excesivas fuerzas a las caras de las bridas del medidor.

Los medidores llevan 2 tipos de seales elctricas bien diferenciadas, la alimentacin elctrica y la seal de medida. Ambas seales deben estar perfectamente separadas a lo largo de sus rutados. Es muy importante conseguir una buena puesta a tierra y tener un nico punto equipotencial, tanto para el lquido que fluye, como para la tubera y para el medidor magntico.

Siempre debe haber una conexin de tierra entre el lquido, el medidor y la tubera, an cuando el tubo del medidor o la tubera adyacente no sean metlicos. Si el medidor no es metlico, para dar la tierra al lquido, se debe disponer de un anillo metlico insertado en el medidor y en contacto con el lquido y con las bridas de la tubera. Se deben seguir las instrucciones del fabricante para cumplimentar las exigencias del conexionado elctrico.

1.1.10. Medidores de desplazamiento positivo. Los medidores de desplazamiento positivo miden la cantidad de fluido que circula por un conducto, dividiendo el flujo en volmenes separados y sumando los volmenes que pasan a travs del medidor.

En cada medidor, se pueden destacar tres componentes comunes:

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