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TEMA 1.1.21. VISCOSIDAD

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1.- Analizadores 1.1.- Analizadores de Refinería y Líquidos

1.1.21.- Viscosidad

Contenido

1 Introducción..................................................................................................2

1.1 Generalidades .........................................................................................2

1.2 Introducción a tipos de fluidos. Reología .........................................................2

1.3 Unidades de medida ..................................................................................3

1.4 Tipos de analizadores ................................................................................4

2 Viscosímetro tipo Hallikainen.............................................................................5

2.1 Principio de medida ..................................................................................5

2.2 Funcionamiento y elementos auxiliares necesarios .............................................5

2.3 Determinación del rango de medida ...............................................................9

3 Viscosímetro 7827 de Solartron ......................................................................... 11

3.1 General ............................................................................................... 11

3.2 Principio de medida ................................................................................ 11

4 Calibración y mantenimiento............................................................................ 13

4.1 Viscosímetro de Capilar............................................................................ 13

4.2 Viscosímetro Solartron 7827....................................................................... 14

5 Consideraciones de instalación y tratamiento de muestra ......................................... 15

5.1 Viscosímetro de capilar ............................................................................ 15

Viscosímetro Solartron 7827 ................................................................................... 15

6 Especificaciones ........................................................................................... 17

6.1 Viscosímetro por capilar ........................................................................... 17

6.2 Viscosímetro Solartron 7827....................................................................... 18

7 Bibliografía ................................................................................................. 20


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1 Introducción

1.1 Generalidades

La viscosidad, también conocida como la inversa de la fluidez es una de las características físicas más importantes de los productos de muchos procesos industriales; su conocimiento es esencial en el diseño de equipos de proceso tales como bombas, tuberías y sistemas de medida de caudal.

La medida y el control de la viscosidad juegan un papel muy importante en muchos procesos industriales, particularmente en las industrias del petróleo y petroquímicas. El comportamiento de un fluido bajo las condiciones de operación es a menudo un factor decisivo en el rendimiento del proceso.

Por otro lado los cambios en la viscosidad de un producto a menudo se producen como consecuencia de cambios en la composición molecular del mismo, por lo que el valor de la viscosidad permite estimar o determinar otras características como grado de polimerización, homogeneización, grado de pureza, etc.

La viscosidad es la medida de la resistencia de una substancia a fluir y también una indicación de sus características como lubricante. La viscosidad es la capacidad de un fluido para resistir al deslizamiento y depende de la temperatura y de las características moleculares del producto.

La viscosidad así definida es la llamada Viscosidad absoluta o dinámica ( µ )

1.2 Introducción a tipos de fluidos. Reología

La Reologia es el estudio de la mecánica interna que gobierna el caudal de líquidos y suspensiones. Las sustancias que mantienen una deformación continua cuando están sujetas a esfuerzos de cizallamiento se dice que exhiben características de fluidos. El esfuerzo de cizallamiento se contempla más adelante.

Hay dos variables reológicas que frecuentemente deben ser analizadas en laboratorio y controladas en los procesos productivos: viscosidad y consistencia. La viscosidad es la más importante en la industria petroquímica.

Fundamentalmente, los líquidos se comportan de dos formas distintas cuando están sujetos a esfuerzos que les empujan a fluir: Cuando se mantiene la deformación la relación entre caudal (relación velocidad/distancia de capas) y fuerza (esfuerzo de cizallamiento) es constante y el fluido se denomina Newtoniano. Cuando la relación no es constante se dice que el fluido es No-Newtoniano.

Las sustancias no-newtonianas se sub-clasifican dependiendo de su comportamiento cuando se les aplican fuerzas para inducir su movimiento –caudal- y algunas veces cuando están sujetas a agitación.

Estos tipos de comportamiento se ilustran en las figuras siguientes:


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VISCOSIDAD

Esfuerzo de cizallamiento = F / A F = Fuerza aplicada A = Area

Relación de cizallamiento = V / L

F/A = µ V/L

µ es el coeficiente de viscosidad absoluta o dinámica

Viscosidad cinemática ( v ) = viscosidad dinámica / densidad

Unidades: S.I.Viscosidad dinámica: NsNs/m2/m2Viscosidad cinemática: m2/sm2/s

Unidades tradicionalesPoise = 100.000 Ns/m2; Centipoise cP cP = 1.000 = 1.000 NsNs/m2/m2Stoke = m2/s; Centistoke cSt cSt = 0,01 m2/s= 0,01 m2/s

V

L

Para líquidos NewtonianosPara líquidos Newtonianos

AF

ReologíaViscosidadConsistencia

Fluidos Newtonianos y no-newtonianos

cSt = cP / kg/dm3

F

FuerzaFluidos Newtonianos

Newtonianos: Agua, gasolina, keroseno

1.- Plástico verdadero Chicle2.- Pseudoplástico, Pulpa de papel, Catchup3.- Dilatante Mantequilla4.- Tixotrópico Silica gel. Asfalto5.- Reopéctico Bentonita

123

4 5

Fuerza

F

Fluidos No-NewtonianosMEDIDA DE VISCOSIDAD: FLUIDOS NEWTONIANOSMEDIDA DE VISCOSIDAD: FLUIDOS NEWTONIANOS

En la figura superior se ilustra cómo un fluido se puede descomponer en distintas capas ideales que bajo lo que se denomina un esfuerzo de cizallamiento –en la practica una presión ( F / A )- hace que cada una de estas capas más alejadas de las paredes del tubo se deslicen sobre la inmediata inferior y a la vez ejercen un esfuerzo de arrastre sobre ella que se va transmitiendo hacia la pared. En teoría la capa más cercana a la pared no se desliza. Permanece estática.

La forma en que estas capas se deslizan entre sí, que se ilustra como la relación de la velocidad de la capa con la distancia que la separa de la pared (caudal), depende de las características moleculares de la sustancia.

Como hemos visto antes en los fluidos newtonianos la relación de la presión con el caudal es constante y proporcional a la viscosidad del fluido.

En fluidos no-newtonianos no se puede medir la viscosidad ya que esta relación no es constante.

1.3 Unidades de medida

La viscosidad dinámica se mide en el sistema SI en Newton x seg. x m-2 ( Nsm-2 ) o Pascal x seg.

En la práctica se sigue usando el Poise y su sub-múltiplo el centipoise ( cP )

Un Poise es igual a 105 Nsm-2.


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Un cP = 0,01 Poise

Un cP = 1000 Nsm-2

La relación entre la viscosidad dinámica y la densidad de un producto es la viscosidad cinemática (v), que se expresa en el sistema SI en m2 / seg.

En la práctica se sigue usando el Stoke y su sub-múltiplo el centistoke ( cSt )

Un Stoke = 1 m2/s

Un cSt = 0,01 m2/s

1.4 Tipos de analizadores

Los analizadores de viscosidad comercialmente disponibles para su uso en la industria se pueden clasificar en cuatro grupos según su principio de medida:

Por Capilar

Por Vibración

Por Rotación

Por Caída de pistón

En la industria petroquímica, y en concreto en la del petróleo, la viscosidad se suele medir con viscosímetros de capilar y en algunas aplicaciones, con viscosidades muy altas, por vibración. Este Tema se dedica a estos tipos de instrumentos. En concreto describiremos, en líneas generales, el viscosímetro conocido como tipo Hallikainen, por capilar, y el Solartron 7827 de Solartron, por vibraciones .

El primer viscosímetro de capilar, fabricado por Hallikainen en los Estados Unidos apareció en 1950. Se trata, por tanto, de un tipo de instrumento clásico cuyo principio de medida ha permanecido inalterable con el paso del tiempo. Su fabricación se ha ido mejorando con el uso de microprocesadores y con la incorporación de instrumentos de medida de las últimas generaciones.

La viscosidad se mide con un capilar en un baño termostático. Esto proporciona la medida de la viscosidad dinámica o absoluta. La viscosidad cinemática puede ser calculada dividiendo la dinámica por la densidad.


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2 Viscosímetro tipo Hallikainen

2.1 Principio de medida

La medida continua de la viscosidad dinámica se basa en la aplicación de la ecuación de Hagen-Poisseuille para flujos laminares isotérmicos en tubos circulares que indica:

µ = 1,45 x 105 x d4P / Q x L

Donde: µ = Viscosidad en centipoises ( cP )

d = Diámetro interno del capilar en mm.

P = Caída de presión a través del capilar, bar

Q = Caudal, cc/ min.

L = Longitud del tubo capilar en mm.

Si la longitud del tubo capilar y su diámetro son fijos, y el caudal se mantiene constante. La viscosidad de convierte en una función lineal solamente de la caída de presión a través del capilar. La caída de presión se mide por medio de un transmisor de presión diferencial (DP cell) cuya señal representa la viscosidad de la muestra de proceso medida. Las condiciones de caudal isotérmico constante se consiguen con el uso de una bomba de engranajes de precisión o un cilindro de medida accionado neumáticamente que impulsa el fluido a través de un tubo capilar que se encuentra inmerso en un baño de aceite con temperatura controlada de forma muy precisa.

En la práctica, con bomba de engranajes, y para uno de los modelos más usados, el caudal se mantiene a 60,7 cc/min. Con lo que la ecuación se simplifica a:

µ = 2,4 x 103 x d4P / L

Como, para un analizador dado, el diámetro del tubo capilar y su longitud no varían, resulta que la viscosidad µ depende únicamente y de una forma sencilla y proporcional de la presión diferencial.

2.2 Funcionamiento y elementos auxiliares necesarios

2.2.1 General

Como se ha indicado, un viscosímetro de capilar consiste en un mecanismo de impulsión a caudal constante, generalmente una bomba de engranajes con ajuste muy fino que conduce la muestra a analizar por un capilar. Se mide la presión diferencial que se produce a través del capilar. Todo ello a temperatura constante y controlada.

El equipo dispone de filtros para evitar que las posibles impurezas puedan deteriorar la bomba o atascar el capilar así como de válvula de seguridad para protección de la bomba.


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Es importante puntualizar que cuanto mayor sea el diámetro interno del capilar menos problemas tendrá de atascamientos. Por ello se debe seleccionar el capilar mayor que sea compatible con las condiciones de medida.

Un controlador de temperatura mantiene de forma muy precisa la temperatura del baño de aceite y la muestra se lleva a la temperatura del baño pasándola por un intercambiador de calor. Un termómetro de mercurio mide la temperatura de la muestra a la salida del capilar. Aparte el analizador permite comprobar la temperatura del baño. El analizador tiene instalado un intercambiador con agua de refrigeración que permite trabajar a relativamente bajas temperaturas o con muestras que entran a temperatura muy elevada.

El pre-calentador instalado antes de la bomba asegura que la muestra en la bomba está aproximadamente a la misma temperatura que a la entrada al capilar. La presión de entrada de la muestra al analizador deberá ajustarse de forma que a la aspiración de la bomba la presión sea siempre positiva.

A la salida del capilar se suele instalar una pequeña restricción a fin de mantener el lado de baja del transmisor de presión diferencial a una ligera presión positiva para facilitar su purga.

BOMBA DEMEDIDA

CONTROLADORDE

TEMPERATURAP+I

Y OTROSMANDOS

DP CELLCAPILARVÁLVULA

DE SEG.

FILTRO200 MESH

TERMO-RESISTENCIA

INTERCAMBIADORDE CALOR

REFRIGERANTE

RESIST.CALEF.

AGITADOR

ENTRADA DE MUESTRA

SALIDA DEMUESTRA

FILTRO200 MESH

DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UN VISCOSÍMETRO

SEÑAL DESALIDA

BAÑO DE ACEITE

PRE-CALENTADOR

2.2.2 Descripción mecánica

2.2.2.1 General

Además del controlador de temperatura, los componentes del analizador más importantes están montados en la placa principal. Los elementos por donde circula la muestra están montados por debajo de la placa, mientras los controles de fluido, motor y transmisor están montados sobre ella. El baño de aceite está atornillado a la parte inferior de la placa, manteniendo totalmente sumergidos los componentes con muestra. El depósito del baño de aceite y la placa principal están aislados térmicamente.

La caja del baño está montada sobre manguitos que corren por las patas del analizador y que permiten bajarlo para operaciones de mantenimiento. En este tipo de analizador la operación de bajar el baño es manual.


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El baño está puesto a la atmósfera vía un apagallamas a través de un taladro en la tapa superior. Además hay otro taladro, roscado y con tapón, para la posible inserción de otro termómetro o sensor de temperatura.

El controlador de temperatura está montado sobre soportes instalados en las patas frontales del analizador.

BAÑO DE ACEITE

DP CELLBOMBA

CONTROL DETEMPERATURA

VISCOSIMETRO TIPO HALLIKAINENMarca Fluid Data, Modelo 421

2.2.2.2 Motor, engranajes y agitador

El motor síncrono de accionamiento de la bomba es de 100 W. a prueba de explosión, voltaje dual y está montado en la parte delantera del viscosímetro, sobre la cubierta del baño de aceite. Este motor acciona la bomba de medida vía un engranaje a 90º que está atornillado a la cubierta.

El eje de salida del engranaje se extiende hacia abajo a través de la cubierta del baño y acciona la bomba de medida y los agitadores a través de engranajes que están lubricados por el propio aceite del baño. Un acoplamiento de ruptura insertado entre el eje de la bomba y los engranajes protege los mecanismos contra agarrotamientos, bloqueos o sobre presión de la línea de salida.

Se usan dos agitadores con distinto perfil a fin de asegurar que las inevitables gradientes de temperatura en el baño, especialmente alrededor del capilar, no son significantes en relación con la precisión del viscosímetro.

2.2.3 Influencia de la temperatura del baño.

La viscosidad es dramáticamente dependiente de la temperatura, típicamente –3 a –6 % por 1 ºC. Es casi intuitivo conocer que productos comunes muy viscosos fluyen mejor, o solo fluyen, cuando están calentados a una cierta temperatura.

La viscosidad de los líquidos decrece cuando aumenta la temperatura, mientras que para los gases hay un ligero aumento de la viscosidad al aumentar la temperatura

Cuando se habla de viscosidades, siempre hay que referirse a una temperatura dada; por ejemplo, el agua tiene una viscosidad de 1 cP a 20 ºC.


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Por eso los analizadores de viscosidad siempre miden el valor de la viscosidad a una temperatura dada y por eso es tan importante que la temperatura de la muestra en el capilar sea constante.

El viscosímetro está equipado con dos intercambiadores de acero inoxidable inmersos en el baño, uno antes y otro después de la bomba de medida. Ambos están conectados con rácores de compresión para su fácil desmontaje.

El pre-calentador está diseñado para llevar la temperatura de la muestra a unos 3 ºC de la temperatura del baño. Normalmente es un tubing de 3/16” a ¼” de unos 2 metros de largo arrollado.

El intercambiador principal tiene generalmente dos tubos, cada uno de unos 3 metros de largo conectados en paralelo y arrollados.

2.2.3.1 Circuito de refrigeración

Cuando se requiere una temperatura de medida inferior a la temperatura normal de proceso o cuando ésta es muy próxima a la ambiente, las pérdidas de calor normales son muy pequeñas para permitir un control preciso de temperatura. Para estas circunstancias el analizador lleva previsto un circuito de refrigeración en el baño para incrementar la disipación de calor a través de una circulación constante de agua de refrigeración. El caudal de agua de refrigeración puede ser establecido entre 9 a 45 litros por hora.

2.2.3.2 Calentador

Para disminuir la constante de tiempo del baño, este se calienta por una resistencia de inmersión de 1000 W montada en la cubierta del baño. Esta resistencia está controlada por el sistema de control de temperatura y, como protección contra sobre calentamiento, protegida por un fusible térmico que funde a 130 ºC. Cuando el analizador se diseña en la versión de alta temperatura, la resistencia es de 1500 W y el fusible funde a 180 ºC.

2.2.4 Válvula de seguridad

Dado que el caudal podría verse interrumpido por una mala operación o condiciones inusuales, el analizador está provisto de una válvula de seguridad instalada entre la entrada del capilar y la impulsión de la bomba. Esta válvula esta ajustada a 8 barg y puede funcionar hasta 230 ºC.

2.2.5 Termopozo y termómetro de descarga

En la línea de salida de muestra, el analizador lleva instalado un termómetro de precisión. Este termómetro aunque no está en contacto directo con la muestra tiene suficiente longitud de inmersión para asegurar que su medida corresponde con la temperatura de salida de la muestra.

2.2.6 Transmisor de presión diferencial

El fabricante del analizador puede instalar cualquier tipo de transmisor que cumpla con las especificaciones del usuario y en general que sea del mismo tipo que el resto de DP cells de la planta.

La función de este transmisor es medir la presión diferencial a través del capilar, típicamente hasta 3,5 bar, dependiendo de la aplicación. Las cámaras de alta y baja presión se conectan con tubing de acero inoxidable a los pasamuros instalados en la cubierta del baño.

En algunos casos es conveniente la instalación de transmisores con sellos de diafragma o tomas de impulso traceadas y aisladas.


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2.2.7 Bomba de precisión

La bomba mantiene un caudal constante de muestra a través del viscosímetro, sin ser afectado por cambios en la temperatura, presión o viscosidad. En el modelo que estamos describiendo es una bomba de engranaje simple, ajustada con tolerancias muy finas a fin de asegurar un caudal de 60,7 cc/min a 50 Hz o 72,84 cc/min a 60 Hz.

Para temperatura de funcionamiento de hasta 116ºC la bomba es de acero inoxidable. Para temperaturas de hasta 150 ºC se usa acero de herramientas; el cuerpo puede soportar una presión de hasta 70 barg. Los sellos pueden soportar una presión del baño de hasta 21 barg sin penetraciones.

Las tolerancias son nominalmente de 0,0075 mm. para bajas viscosidades hasta 250 cP y de 0,0125 mm. para viscosidades sobre 250 cP..

El viscosímetro puede funcionar de forma segura y sin fugas en los engranajes de la bomba con presiones de entrada de muestra de hasta 21 barg. A presiones superiores, en condiciones anormales, los sellos de la bomba fugarán en el baño, pero el sistema puede soportar si daños hasta la presión máxima del cuerpo de la bomba (70 barg)

2.2.8 Controlador de temperatura

Se encarga de controlar la temperatura pero también contiene los elementos eléctricos necesarios para la fuerza y mando de todo el equipo del analizador.

La temperatura del baño se mide con una resistencia Pt-100.El controlador puede, básicamente, funcionar de tres modos:

Todo – nada

Proporcional

Proporcional mas integral

El conjunto está alojado en una caja Exd.

2.3 Determinación del rango de medida

Este tipo de analizador ha demostrado su eficacia analizando viscosidades de hasta 2500 cP y a temperaturas de hasta 135 ºC

Los rangos más normales oscilan entre 0 – 5 cP a 0- 2500 cP. Hasta 100 ºC.

Para medidas esperadas superiores a 2500 cP se puede estudiar el trabajar a una temperatura más alta, de acuerdo con el fabricante, con lo cual el rango disminuye, o sencillamente, buscar otro sistema de análisis.

Para cualquier viscosímetro del tipo capilar las variables que determinan el rango de medida son:

Rango del transmisor de presión diferencial

Tolerancias de los engranajes de la bomba

Dimensiones del capilar


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2.3.1 Rango del transmisor

El rango del transmisor suele ser de entre 0 - 1250 a 0 – 20.000 mm. c.a. Estos rangos son estándar y pueden cubrir todas las aplicaciones conocidas. Es conveniente, a efectos prácticos de pruebas y calibración, tener un valor numérico del rango del transmisor que sea igual o un múltiplo del rango de medida requerido de viscosidad.

También es conveniente que el rango de análisis empiece en cero ya que la calibración es más fácil. Pero se pueden usar rangos elevados, por ejemplo: 50 – 100 cP que se corresponda con 5000 – 1000 mm c.a.

Se debe hacer notar que la precisión de la medida permanece en el 1% del valor más alto del span, en el ejemplo: ± 1 cP.

2.3.2 Tolerancias en la bomba

La precisión del ajuste de la bomba cambia para márgenes sobre y por debajo de 100 cP. Para rangos inferiores a 100 cP se necesitan ajustes muy finos a fin de disminuir las posibles fugas de muestra a través de los engranajes cuando la presión a la entrada de la bomba se vuelve significante. Para rangos superiores a los 100 cP no es necesario un ajuste tan fino y las tolerancias se aumentan para reducir la carga del motor y alargar la vida útil de la bomba.

2.3.3 Dimensiones del capilar

Estas dimensiones dependen de un fabricante a otro. En general se considera que la relación entre la longitud y el diámetro interno debe estar entre 30 : 1 a 50 : 1

Es importante hacer notar que algunos modelos de viscosímetros incorporan hasta tres capilares distintos que cubren tres distintos rangos conmutables con una relación entre ellos de 1, 2 y 5


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3 Viscosímetro 7827 de Solartron

3.1 General

Este viscosímetro está diseñado para la medida en continuo de la viscosidad de líquidos en tuberías o en tanques en productos con viscosidades tan altas como 20.000 cP.

En adición a la viscosidad, el sensor mide simultáneamente la densidad y la temperatura del fluido, permitiendo la determinación precisa de la viscosidad tanto dinámica como cinemática, y corrigiendo a condiciones estándar, si se requiere, todo en la misma unidad.

El medidor se compone de un sensor, que se monta directamente sobre la línea de proceso, línea by-pass o tanque y una unidad electrónica que se puede montar en la Sala de Control o donde se requiera.

3.2 Principio de medida

El sensor es una simple horquilla de ajuste que se mantiene en resonancia electrónicamente. La frecuencia de resonancia esta determinada por la densidad del fluido y la atenuación, - relacionada inversamente al Factor de Calidad (Q)-, es proporcional a la viscosidad. Así, si la viscosidad del líquido aumenta, el valor Q disminuye.

El sensor mide la frecuencia de resonancia en el punto A (el punto inferior -3 dB) y después en el punto B (el superior –3dB). Con estas dos medidas la unidad electrónica puede determinar el ancho de banda (B-A), la frecuencia de resonancia ( (A+B) / 2 ) y de estos el Factor de Calidad Q (Frecuencia de resonancia / Ancho de banda), para proporcionar la densidad y la viscosidad del fluido.

Frecuencia de Reson.Ancho de banda

Viscosidad

Producto 1

Producto 2

Respuesta de amplitud


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La viscosidad dinámica es igual a:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++= 4

221

0 QV

QVVVμ

Donde:

μ = Viscosidad dinámica a la temperatura de la línea

V = Factor de escala y unidades

V0; V1 y V2 son coeficientes determinados durnte la calibración en fábrica del sensor

Q = Factor de Calidad

Normalmente los valores V se introducen como coeficientes en la unidad electrónica del analizador. El fabricante proporciona estos valores en un Certificado de Calibración que acompaña a cada instrumento. Los coeficientes son específicos y únicos para cada sensor


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4 Calibración y mantenimiento

4.1 Viscosímetro de Capilar

4.1.1 Calibración

Este tipo de analizador debe ser calibrado inicialmente en fábrica para asegurar que las medidas obtenidas se corresponden con los correspondientes resultados de análisis en laboratorio con muestras que cubran el rango completo del viscosímetro, incluyendo los ajustes de cero y span.

Es necesario, que una vez instalado en planta sea re-calibrado para anular cualquier desajuste que se haya producido durante su transporte.

Estas calibraciones iniciales se deben realizar usando muestras cuya viscosidad haya sido determinada por laboratorio, lo que se conoce como Método de Muestra de Referencia.

Los ajustes deben ser realizados, en cada uno de los modelos y marcas que fabrican este tipo de instrumento siguiendo las instrucciones del fabricante correspondiente.

Los parámetros clave que influyen en la inexactitud de la medida son los siguientes:

Variaciones en la frecuencia de la alimentación eléctrica

Errores del transmisor de presión diferencial

Fugas a través de la bomba

Variaciones de la temperatura del baño

Inexactitud de los valores de viscosidad de las muestras de calibración

4.1.2 Mantenimiento

Aparte de otras consideraciones y teniendo en cuanta las bases de funcionamiento de este equipo es esencial la limpieza de filtros frecuente. Filtros del sistema de acondicionamiento de muestra y filtros interiores. Asimismo se debe limpiar el capilar de forma sistemática y programada. La frecuencia de cada limpieza depende del grado de ensuciamiento de la muestra y debe ser determinada de forma empírica.

Es importante considerar que el valor de la viscosidad es función de d4, lo que quiere decir que una muy pequeña disminución del diámetro interno del capilar por ensuciamiento de éste producirá grandes errores en la viscosidad medida.

Otras comprobaciones periódicas son: Temperatura del baño (funcionamiento del controlador de temperatura) y determinación de posibles fugas a través de la bomba.

En general, es conveniente que el sistema de acondicionamiento de muestra disponga de medios para la obtención de muestra para su análisis por laboratorio y comprobación de la medida del viscosímetro con la misma muestra y por otro lado un sistema de validación automática o manual.


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4.2 Viscosímetro Solartron 7827

4.2.1 Calibración

Este tipo de analizador debe ser calibrado inicialmente en fábrica para asegurar que las medidas obtenidas se corresponden con los correspondientes resultados de análisis en laboratorio con muestras que cubran el rango completo del viscosímetro, incluyendo los ajustes de cero y span. El aparato tiene posibilidad de auto ranging.

Estas calibraciones iniciales se deben realizar usando muestras cuya viscosidad haya sido determinada por laboratorio, lo que se conoce como Método de Muestra de Referencia.

La calibración es individual para cada sensor y tiene en cuenta la instalación futura del instrumento, ya que la medida se ve afectada por la proximidad de las paredes de la tuberia

En general no es posible la recalibración en planta. El sensor debe ser recalibrado en fábrica. Si se puede hacer una corrección en situ si las condiciones de la instalación (diámetro de tuberia o distancia a las paredes del recipiente) son distintas a las inicialmente previstas

La unidad electrónica que constituye con el sensor el conjunto de viscosímetro tiene múltiples posibilidades de configuración, tales como ofrecer la medida de viscosidad dinámica, densidad y viscosidad cinemática, ambas a la temperatura de la línea. También calcula la viscosidad cinemática a una determinada temperatura de referencia usando métodos diversos de correlación. Todo ello usando diferentes unidades de medida.

Estas configuraciones deben ser realizadas siguiendo las instrucciones del fabricante.

4.2.2 Mantenimiento

La recomendación general es la limpieza periódica del sensor a fin de evitar que se acumulen capas de producto en la horquilla. En ciertos casos es importante mantener un caudal de muestra constante y un aislamiento térmico adecuado y mantenido en condiciones.


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5 Consideraciones de instalación y tratamiento de muestra

5.1 Viscosímetro de capilar

5.1.1 Instalación

Este analizador debe montarse protegido de la acción directa del sol, viento y lluvia. Su instalación en una caseta cerrada y climatizada sólo se justifica si se instala formando parte de un sistema, junto con otros analizadores que requieran ese tipo de protección.

Típicamente es el analizador que justifica un cobertizo o caseta de tres lados y techo: (Three Side Shelter), con ventilación natural y sobre una base firme que soporte una carga de 200 Kg

Es imprescindible que se disponga de espacio libre a su alrededor para realizar su mantenimiento. El modelo descrito necesita aproximadamente un metro a cada uno de sus lados para poder acceder al baño de aceite y bajarlo para operaciones de mantenimiento. Asimismo se necesita del orden de un metro en su frente para acceso al controlador de temperatura.

Si se instala en una caseta cerrada con aire acondicionado es importante prever la carga térmica disipada por las líneas de muestra para el cálculo del aire acondicionado de la caseta.

Estos analizadores generalmente están diseñados para su instalación en áreas eléctricamente clasificadas. Zona 1 según CENELEC o Clase 1, División 1 según NEC.

5.1.2 Tratamiento de muestra

Aparte de otras consideraciones como previsión de lazo rápido para obtener un mínimo tiempo de transporte, cálculo correcto y cuidadoso de los diámetros de los tubos de muestra en función de la viscosidad de ésta, retorno o drenaje de la muestra analizada, hay que tener en cuenta lo siguiente:

Se deben prever filtros para la muestra, fácilmente desmontables, con poco volumen muerto y de un grado de filtración final dependiente del tipo de muestra, pero con un valor inferior a 200 micras. La presión diferencial a través del analizador debe ser lo más baja posible. Idealmente ninguna, de esta forma se elimina cualquier riesgo de fuga a través de la bomba.

Se debe acondicionar la temperatura de entrada de la muestra al analizador para que esté en ± 100 ºC a la temperatura de medida

Hay que tener mucho cuidado si se tiene que instalar agua de refrigeración, tanto en el sistema de muestras como en el propio analizador, con muestras cercanas a 100 ºC.


5.2.1 Instalación

El sensor debe ser instalado preferentemente en un tramo de tubería horizontal donde la velocidad del líquido sea como máximo 0,5 metros por segundo. Se recomiendan caudales entre 10 y 30 l/min. cuando la instalación es en cámara de flujo de 2”


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Es muy importante mantener un aislamiento importante en la zona de medida a fin de evitar la disipación de calor que alteraría la medida

Orientación de la horquillaen la tubería

Sección horizontal

INSTALACIÓNDIMENSIONES

SENSOR SOLATRON 7827


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6 Especificaciones

6.1 Viscosímetro por capilar

Para cada aplicación se debe consultar a los fabricantes de este tipo de analizadores. Los valores que se indican son de tipo general, y básicamente representan máximos y mínimos.

6.1.1 Analizador

Rangos de medida: Entre 0 y 4000 cP

Temperatura máxima: Hasta 135 ºC

Precisión: Correlaciona con los valores de viscosidad cinemática de laboratorio.

Típicamente: ± 1%

Repetibilidad: ± 0,5 del fondo de escala

Tiempo de respuesta: Aproximadamente 2 –3 minutos

Temperatura ambiente: 0 – 55 ºC

6.1.2 Requerimientos de la muestra

Caudal: Al analizador. Según bomba. Típico: 60,7 cc/min.

By-pass: 150 cc/min

Temperatura: La de análisis ± 100 ºC

Presión: Mínima: aproximadamente 0,7 barg

Máxima: 14 barg

6.1.3 Suministros

Alimentación eléctrica: 120 V o 220 V ± 10%, 50 o 60 Hz. Unos 1700 W

Algunos fabricantes sólo 115 V c.a.

Aire: Sólo requerido en algunos modelos.

Agua de refrigeración: Sólo cuando se requiera: Caudal 9 a 45 l/h. Temperatura ambiente.

Vapor: Sólo en algunas aplicaciones. Vapor de baja presión.

Aceite para el baño: 22,5 litros de aceite térmico, Shell Thermia 23 o equivalente.


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6.2.1 Sensor

Viscosidad:

Rangos de medida: Entre 1 y 20.000 cP

Rangos calibrados: 0,5 – 10; 10 a 100; 100 a 1.000; 1.000 a 12.500 cP

Precisión: ± 1 % fsd (0,2 cP en un rango de 0,5 a 10 cP).

Repetibilidad: ± 0,5 de la lectura.

Densidad:

Rangos de medida: 0 a 3 Kg/dm3

Rangos calibrados: 0,6 – 1,6 kg/dm3

Precisión: ± 0,001 kg/dm3 ( a 20 ºC, 1 bara y 1 cP).

Repetibilidad: ± 0,0001 kg/dm3 / ºC.

6.2.2 Requerimientos de la muestra

Caudal: Velocidad máxima 0,5 m/s.

Temperatura: -50 a +160 ºC

Presión: Máxima: 177 barg

6.2.3 Suministro

Alimentación eléctrica: 24 a 27 V cc (desde la unidad electrónica)

6.2.4 Señal de salida

Viscosidad y densidad: Frecuencia: 3 hilos

Temperatura: PT 100 4 hilos.

6.2.5 Protección

Ambiente: IP66

Seguridad: CENELEC Eex d IIC, T4

CSA: Clase 1, Div. 1, Grupo C

6.2.6 Unidad electrónica

Modelo 7950 (montaje en pared) o 7951 (montaje empotrada)

Alimentación: 90 – 265 V c.a., 50 – 60 Hz.


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Caja: Modelo 7950 : NEMA 4X IP65

Modelo 7951: NEMA12 IP52


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7 Bibliografía

Process Analyzer Technology. Kenneth J. Clevett

Instrument Engineers Handbook. Béla G. Lipták. 1982

Shell Flow Meter Engineering Handbook. Royal Dutch / Shell Group. 1968

API RP 550. Manual on Installation of Refinery Instruments and Control Systems, Part II Process Analyzers.

Catálogos técnicos de Solartron, Fluid Data, Precision, Benke y Hone.

F. Velasco

Barcelona, diciembre 1998

tema 1.1.21. viscosidad - … · tema 1.1.21. viscosidad pág. 2 de 20 1 introducción 1.1...

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