curso de tuberías para plantas de proceso - 0208 conexion de instrumentos

8/18/2019 Curso de tuberías para plantas de proceso - 0208 Conexion de Instrumentos

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Fax 914-203-074; E-mail [email protected]

CURSO AVANZADO PARA EL

DISEÑO DE TUBERÍAS

EN PLANTAS QUÍMICAS, PETROQUÍMICAS,FARMACEUTICAS, NUCLEARES,

ALIMENTARIAS, ETC.0208

LA CONEXIÓN DEINSTRUMENTOS.



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

LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS.

Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].

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Índice de la unidad didáctica:

01 LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS.

02 CONEXIÓN PARA EL MANÓMETRO.

03 CONEXIÓN DEL TERMÓMETRO.

04 CONEXIÓN DE CAUDALÍMETROS; (la brida de orificio y el rotámetro).

05 CONEXIÓN PARA LOS NIVELES.







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01 LA CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS.

Gran parte de los instrumentos son colocados por la sección de tuberías y los diseñadores de tuberías

deben saber colocar las conexiones de tal forma que aseguren el correcto funcionamiento de los

instrumentos.

En las páginas siguientes se dan las recomendaciones necesarias para conseguir un correcto montaje

de los instrumentos. En esta unidad no se va a intenta instruir sobre el manejo y operación de los

instrumentos, excepto en aquéllos casos en que tal discusión ayude a tomar decisiones al diseñador de

tuberías.

Los elementos principales de una instalación de instrumentos son:

? Un sensor que detecta la condición que se desea controlar.

? Un elemento de control que activado por la señal del sensor varía el agente de control de manera

que produzca la deseada condición en el medio controlado.

Un ejemplo de un sistema controlado puede ser el control de temperatura en un fluido de proceso,

que es calentado por otro fluido (aceite) caliente en un intercambiador. El elemento sensor o de

medida puede ser una sonda instalada (dentro de una vaina o “thermowell”) en la tubería de salida del

intercambiador. El controlador podría ser un indicador, un registrador, o un controlador de

temperatura, el cual puede transmitir una señal neumática a una válvula de control (elemento de

control). Si la temperatura del fluido que sale del intercambiador decreciese, la válvula de control se

abriría más, permitiendo el paso de mayor cantidad de aceite caliente dentro del intercambiador,

haciendo que ascienda la temperatura del fluido de proceso.

No obstante, no todas las instalaciones de instrumentación tienen la facultad de controlar; algunas de

ellas son utilizadas solamente como indicadoras, en cuyo caso no existe elemento de control y sólo

existe un instrumento de indicación en el diagrama del sistema.

En todos los casos, control o indicador, existe un sistema de tuberías asociado con el instrumento,

este sistema de tuberías puede ser dividido en tres categorías:







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j Tubería primaria; para transmitir una característica del fluido de proceso, al instrumento controlador

o indicador. Esta tubería debe tener los mismos márgenes de presión y temperatura que la tubería

de proceso a la cual está conectada. En tuberías de hasta 3/4", para válvulas de bloqueo se utilizan

válvulas de globo o de aguja, ya que son más baratas en estos tamaños que las de compuerta.

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

como válvula de control, se requieren el uso de tuberías cuando el medio transmisor de la señal o

de presión es un fluido. Normalmente este fluido es aire, el cual es canalizado mediante tubos de

plástico o cobre.

Se pueden combinar sistemas hidráulicos y neumáticos, en cuyo caso la señal transmitida por el

instrumento es neumática y la fuerza de actuación sobre el diafragma es suministrada por un sistema

hidráulico.

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

forma adecuada sobre el sistema.

La tubería neumática se usa también para transmitir señales a elementos de indicación o registro

distantes, la cual es transmitida mediante tubos de plástico (polietileno) o cobre, normalmente de1/4" diámetro externo.

Las conexiones de las tuberías de cobre y/o polietileno se hacen mediante accesorios tipo

compresión.

El haz de tubos, es encerrado en una cubierta de plástico o metálica, o montado en unas pequeñas

bandejas, ya que estas tuberías requieren un soporte casi continuo; estas bandejas de tubos de

para instrumentos deben ser provistas con espacio para tubos de futuras ampliaciones

(aproximadamente un 20 a 25 % en exceso), cuando se especifique el número de tubos en cada

bandeja.







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02 CONEXIÓN PARA EL MANÓMETRO.

En el caso de estos aparatos, el departamento de tuberías se ocupara exclusivamente de la posición

del picaje, el accesorio de este (si es necesario) y del tramo de instalación que llega hasta la primera

válvula del ramal de conexión del instrumento; la toma se situara en un punto de fácil acceso y que

permita una lectura normal

Figura 01; Indicador de presión (en planos).

Figura 02; Conexión de manómetro.

La conexión normal suele ser de l/2", como se ha indicado debe ser instalada en tramos rectos de

tuberías, con el fin de obtener una lectura correcta.

En la conexión a la tubería de indicadores de presión o manómetros, locales o remotos y

controladores de presión,, dependiendo de la especificación, puede ser necesario disponer un

refuerzo; es decir un “half coupling”, “socklet”, “weldolet”, o “thredolet”, un tramo de tubería y una

válvula de bloqueo, todo ello debe ser reflejado en el “layout”. Esta válvula, suele ser de cierre rápido

(bola) preferentemente, deben ser tipo aguja para los manómetros locales, ya que éstas protegen

contra incrementos bruscos de presión.







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

El indicador de presión, o “presure indicator” ⇔ “PI”, es un manómetro de reloj, o esfera, situado

en el punto de medida, para tomar la presión, su indicación en los “layouts”, se ha reflejado

anteriormente.

En las instalaciones en las cuales exista la posibilidad de aparición

de vibraciones, se debe instalar amortiguadores de pulsaciones

entre la válvula y el indicador (rabo de cerdo) y emplear un

manómetro con glicerina.

La instalación de manómetros en un equipo sujeto a vibraciones, el

instrumento debe ser protegido contra las excesivas vibraciones

montando el manómetro en una pared, o sobre panel rígido y

conectado con un tubo flexible al equipo.

Figura 04; Aspecto de un manómetro.

Los líquidos corrosivos deben ser aislados del indicador mediante una membrana flexible, situada

entre la válvula y el indicador; de esta forma se mantiene el fluido corrosivo en un lado y el fluido de

transmisión de presión en otro.

Cuando se trate de medir la presión del vapor, se debe instalar un sifón, consistente en varias vueltas

de tubo entre la válvula y el indicador; mediante esta disposición, el sifón se llenara de condensado,

protegiendo el indicador de las altas temperaturas de vapor.

Los manómetros se deben instalar de forma que no se encuentren bajo los efectos de altas

temperaturas que podrían reblandecer las soldaduras internas del instrumento, así como producir

errores en la lectura.

Los manómetros registradores montados en las salas de control, pueden ser actuados mediante

señales neumáticas o de tipo eléctrico, producidas por un transmisor montado en la línea de proceso.







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En los actuados neumáticamente, el fluido de proceso actúa sobre el transmisor directamente, o bien

mediante una membrana y un líquido de sellaje.

Los transmisores actuados electrónicamente poseen u membrana entre

el líquido de proceso y la armadura del manómetro y pueden ser

montados localmente si la temperatura no es excesiva.

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

local.

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

03 CONEXIÓN DEL TERMÓMETRO. El departamento de tuberías se ocupara exclusivamente de situar la toma, tobera, o tubuladura, que

permita la instalación del elemento primario para la medida de temperatura que debe ser colocado en

la tubería o equipo en el cual quiera ser conocida la temperatura. Estos elementos primarios o

sensores están encerrados dentro de un protector, vaina o “thermowell” bañada por el fluido de la

tubería, o el equipo, donde se introduce el termómetro o la sonda de medición, y no es necesaria, por

tanto, la utilización de válvulas.







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Estas vainas o protectores son fabricados para instalar los instrumentos roscados o embridados,

normalmente conectados con tubería de l".

Figura 07; Esquema del montaje de una vaina o “termo-well”,

y de su representación en un “layout”.

La toma se situara en un punto de fácil acceso y que permita una

lectura fácil. Las características de este tipo de conexión, pueden

variar de un proyecto a otro; para conocerlos será preciso acudir

a las especificaciones de tuberías correspondientes al trabajo en

cuestión.

Figura 08; Montaje de vaina e indicador local.

Figura 10; Representación en el

“layout” de la toma para

termómetro; “temperature

indicator”⇔ “TI” (en

planos).

Figura 17.09; Aspecto de vainas y sensores.

Para situar las vainas, es posible fijar algunas normas

generales de instalación:

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

situado a la altura de la vista.







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k Si el bulbo del termómetro ha de colocarse inclinado en interior de la tubería, la inclinación será en

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

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

termométricas o “thermowell”, de forma que su eje longitudinal este en plano horizontal medio de

la tubería, o por debajo del mismo, para evitar que se acumule agua en el interior de la camisa, con

peligro de una posterior congelación.

Si no existe peligro de una posterior congelación, la posición óptima es por encima de dicho plano,

lo que facilita la entrada de líquido, o pasta transmisora, en la camisa.

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







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Figura 12; Otras posiciones para situar las vainas.

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

Figura 14; Transmisor de tempe-

ratura con vaina y

prolongador.







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Figura 15; Aspecto de indicadores de

temperatura.

Figura 16; Aspecto de “thermowell”.

04 CONEXIÓN DE CAUDALÍMETROS; (la brida de orificio y el rotámetro).

El medidor de caudal mediante placa de orificio es el más sencillo, barato y popular de loscaudalímetros utilizado en plantas de proceso; como se ha indicado, una placa con un orificio es

insertada entre dos bridas (normalmente provistas de taladros roscados para tomas de presión), en

una línea que transporta un fluido en fase liquida o gaseosa. El funcionamiento de la brida de orificio,

se basa en que, si se hace pasar un fluido que circula por un conducto, a través de estrechamiento

brusco, la presión del fluido en la pared posterior a dicho estrechamiento, será inferior a la que tenía

antes del mismo, que está en relación con el caudal que circula. Esta propiedad física también es

empleada para utilizar la brida de orificio, como reductor dinámico de presión.

En el caso de estas bridas, el departamento de tuberías se

ocupara exclusivamente de su posicionamíento en la

instalación, situándola en un punto de fácil acceso y que

permita una lectura normal, si tiene indicador local.

Figura 17; Instalación de bridas de orificio en líneas

separadas en horizontal.







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

Para líneas de 2" a l2" para las conexiones de bridas de orificio, se utilizan bridas manufacturadas con

taladros de l/2" hasta 600 # y de 3/4" para 900 # y mayores. Si el departamento de instrumentación

especifica una instalación de placa de orificio para una línea menor de 2", la tubería debe ser

incrementada a 2" de diámetro en la zona de medida del aparato.

Es conveniente utilizar bridas de tipo deslizante, por facilidad de montaje y tipo de superficie interna

más lisa y uniforme; las “welding neck” se deben instalar de forma que se asegure un perfecto

alineamiento con la tubería.

Figura 19; Instalación de brida de orificio

concéntrico.

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

Para que las mediciones sean correctas, será necesario evitar perturbaciones antes y después de la

brida de orificio, por ello es necesario disponer tramos rectos antes y después de la citada brida; las







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longitudes mínimas de dichos tramos, según se indica en las Normas ASA, como se reflejan en la

figura siguiente.

En las tuberías horizontales, si el fluido esta en fase gaseosa, las tomas para las conexiones de los

instrumentos de medida se colocaran en la parte superior de la tubería, para evitar que las gotas de

condensado alteren la medición; en el caso de fluidos en fase liquida, las tomas se situaran en la parte

inferior para evitar cualquier burbuja que pueda perturbar dicha medición.

Figura 21; Esquema de tramo recto previo y

posterior a la brida de orificio y

valores para la instalación.







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A veces, es necesario colocar la brida de orificio en un tramo de tubería vertical; normalmente por

razones de facilidad de acceso; en este caso es preciso observar las siguientes reglas:

j Cuando el fluido sea gas o vapor; La dirección de la corriente deberá ser descendente, para poder

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

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

burbujas de aire o vapor que puedan formarse en el líquido

Figura 22; Esquema de la instalación de brida

de orificio en tubería horizontal.

Figura 23; Aspecto de la instalación de brida de

orificio.

Figura 24; Posiciones de los cap-

tadores para la instala-

ción con bridas de

orificio.







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Las bridas en las tuberías horizontales deberán montarse de tal forma, que las dos tomas para las

conexiones de los instrumentos de medida de que van provistas, formen el ángulo que se indica en losdibujos precedentes, salvo otras indicaciones del departamento de instrumentación.

El rotámetro, o medidor de área, es otro tipo de indicador de caudal, su principio de medición se

basa en el mantenimiento constante del valor de la perdida de presión a través del instrumento,

mediante la variación del área de restricción. El rotámetro consiste en un tubo de perfil troncocónico y

un flotador.

Cuando el caudal aumenta, el flotador asciende dejando mayor sección de paso; la posición del

flotador está directamente relacionada con el caudal y, por lo tanto, éste puede ser leído directamente

en las marcas del tubo de cristal o registrado electrónicamente. Cuando se trate de instalar rotámetros

es preciso utilizar los dibujos de instalación que envíen los fabricantes ya que existen multitud de tipos

y tamaños.







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Figura 25; Esquemas de la instalación de un rotámetro.

La figura adjunta muestra una instalación ideal de un rotámetro; el by-pass permite la operación

cuando el rotámetro es desmontado para reparación o limpieza. La válvula de retención reduce los

problemas producidos por el golpe de ariete. Se deben colocar registros de limpieza y espacio

suficiente para el desmontaje del aparato, cuando sea posible, se aconseja la instalación con bridas,

con el fin de facilitar el desmontaje.

05 CONEXIÓN PARA LOS NIVELES.

Para indicar niveles de líquidos se fabrican varios dispositivos visuales; e1 más ampliamente utilizado

consiste en un tubo de vidrio conectado a un tanque o recipiente en sus puntos alto y bajo.

Figura 26; Aspecto externo

de niveles

visuales.







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Para recipientes altos, varios de estos dispositivos de vidrio pueden ser conectados en el espacio a

medir; estos tubos de vidrio están provistos de protectores para evitar que se rompan por la presión;

se complementan con accesorios que calientan o enfrían el fluido del nivel; el medio de calentamiento

o enfriamiento se conduce a través de un tubo sujeto a la parte posterior del nivel, o dicho tubo puede

estar en el seno de la cámara líquida.

Figura 27; Esquema de conexión de niveles visuales, en alzado y perfil.







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Figura 28; Dimensiones de niveles visuales.

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

Los manómetros para la medición de la presión diferencial, también se usan para el nivel de líquidos;

un lado del manómetro se conecta con un punto bajo, o el fondo del recipiente y la otra rama con un

punto de la parte superior del deposito; la

presión diferencial entre los dos puntos

será una indicación del nivel del líquido.

Figura 30; Esquema de conexión de nivel

por manómetro diferencial.







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Figura 31; Esquema de conexión de nivel por triple

transmisor de presión (manómetro diferencial) sensor de

temperatura e integrador de señal

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





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

Figura 34; Esquema de la conexión del

nivel por radar.

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