REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LAS FUERZAS ARMADAS
MAESTRIA EN EXTRACCIÓN DE CRUDOS PESADOS MECÁNICA DE FLUIDOS TRABAJO TÉCNICO Nº 2
REALIZADO POR: ING. HERNAN ROMERO SECCIÓN: “A”
SEPTIEMBRE, 2009.
Mecánica de Fluidos Trabajo Técnico Nº2
1.- ¿Qué es un Medidor Tipo Bourdon? El medidor Bourdon, es un manómetro de tipo elástico. Es un dispositivo que detecta la presión y la convierte en desplazamiento. Puesto que el desplazamiento es en función de la presión aplicada esta se puede medir mecánicamente por medio de una aguja en un dial, el cual se encuentra calibrado en unidades de presión PSI o KPa, y una aguja indicadora conectada a través de una articulación al tubo curvado de metal flexible. El tubo Bourdon se encuentra conectado a la presión del sistema.
Figura N°1. Manómetro Tipo Bourdon.
Los manómetros tipo Bourdon, pueden medir presiones absolutas y presiones relativas, ver Figura N°2 – N°3.
Figura N°2. Manómetro Bourdon para Presiones Absolutas.
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Figura N°3. Manómetro Bourdon para Presiones Relativas.
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El Manómetro Bourdon para presiones absolutas, fue fabricado en vacío, por lo cual la deformación de tubo es en función de la presión absoluta. Mientras que el Manómetro Bourdon para presiones relativas, posee el mismo principio de medición con la diferencia que la deformación del tubo depende de la presión relativa, porque la presión que se desea medir actúa dentro del tubo mientras que la presión atmosférica actúa en la parte exterior del mismo. Existen tres formas de tubos Bourdon: ver Figura N°4 .- Tipo “C”. .- Tipo Espiral. .- Tipo Helicoidal.
Figura N°4. Formas más comunes de los Tubos Bourdon.
Los tubos de tipo “C” están disponibles para medir presiones por encima de los 6000 bares. Un tubo en “C” típico de 25 mm de radio tiene un desplazamiento máximo de 4 mm, dando un nivel moderado de resolución en la medida. La precisión de la medida está acotada típicamente en un ±1% de la escala completa de deflexión. Precisión similar poseen los tipos helicoidales o espirales, pero si bien la resolución es mayor, la máxima presión que se puede medir es de unos 700 bares. Estos tubos son fabricados en diferentes materiales dependiendo del rango de operación: Presiones hasta 2000 PSI se hacen de bronce fosforoso, presiones sobre los 2000 PSI se hacen de acero inoxidable o de otro material de alta resistencia. Los tubos Bourdon en espiral y helicoidal, son fabricados con sección transversal aplanada. Ambos fueron diseñados para dar mayor recorrido a la extremidad del tubo, sobre todo para mover la pluma de grabación del registrador de presión.
Figura N°5. Manómetros Bourdon: Helicoidal (izquierda) y Espiral (derecha).
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Los tubos de Bourdon tienen una fuerza de retorno relativamente baja. Por ello, debe tenerse en cuenta su influencia en la indicación, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento, transmisores de señal límite o potenciómetros de control remoto. 2.- ¿Qué es un Transductor de Presión? Los Transductores de presión trasforman la medida de presión en una señal eléctrica para poder medirla más fácilmente, procesarla o transportarla a distancia de un punto a otro. Combinando la mecánica elástica con transductores eléctricos. Los transductores de presión, se fundamentan en el mismo principio de funcionamiento, basados en sensores extensiométricos montadas sobre un diafragma, de forma que, cuando se aplica presión miden una deformación del diafragma que es proporcional a la presión. Es necesario entender que este principio se basa en la medición del diferencial de longitud entre la longitud total del diafragma, la cual varía en función de la fuerza aplicada.
Figura N°6. Principio de Funcionamiento.
La mayoría de los transductores de presión utilizan un circuito eléctrico básico conocido como el Puente Wheatstone, el cual esta conformado por cuatro resistencias para medir la presión, cualquier cambio en la resistencia esta genera un voltaje a través de sus extremos. Si la resistencias son afectadas por la temperatura estas se balancean para evitar errores que se pueden traducir como cambio de presión.
Figura N°7. Puente de Wheatstone.
Los transductores de presión son muy apropiados para la medición de presiones bajas y altas, así como presiones instantáneas que varían con el tiempo. Sin embargo, esta mediciones suelen ser menores que las medidas por otros tipos de manómetros. Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico que utilizan (tubo Bourdon, espiral, fuelle, diafragma) y su precisión es del orden de 0,5 - 1 %.
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Figura N°8. Transductores de presión en la industria.
Existen diferentes tipos de Transductores de Presión: • • • • • •
Transductores Resistivos. Transductores de Capacidad. Transductores de Inducción. Transductores Piezoeléctricos. Transductores Potenciométricos. Transductores de Bandas Extensométricas.
Figura N°9 Transductores de Capacidad.
Figura N°11. Transductores de Inducción.
Figura N°10. Transductores Resistivos.
Figura N°12. Transductores Piezoeléctricos.
3.- ¿Qué es una Columna Piezométrica? El Piezómetro, es un tubo transparente de cristal o de plástico, recto con un codo en la parte inferior con un diámetro no menor de 5mm para evitar las correcciones del menisco causados por los efectos de la tensión superficial. El tubo piezométrico se conecta en el punto donde se quiere medir la presión a través un orificio piezométrico el cual se debe hacer con precisión en la pared al recipiente o tubería, ya sea a un costado o en la parte superior, midiendo la altura del líquido a través del tubo partiendo desde el punto donde se desea la lectura de presión.
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Figura N°13. Orificio y Tubo Piezométrico.
En función a la presión interna, el líquido alcanza una altura (h) dentro del piezómetro la cual corresponderá a la presión de la columna de líquido. Donde la presión en el punto A de la Figura N°13, vendrá determinada por medio de la ecuación de hidrostática:
P = ρgh donde: ρ = Densidad del Fluido g = Gravedad h = Altura medida en el Tubo Piezométrico Si se desea determinar la presión en el punto B la ecuación quedaría de la siguiente manera:
P = ρg (h − r ) donde: r = Radio de la tubería. El tubo piezométrico nos permite determinar la presión en cualquier punto, fundamentándose bajo los principios de hidrostática. Para lo cual es de gran importancia saber el gradiente del líquido o la densidad del mismo para poder realizar los cálculos correspondientes.
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Figura N°14. Medición Presión, Tubo Piezométrico.
El tubo piezométrico tiene sus limitaciones, sirve para medir carga de presiones pequeñas (1 a 1.5 metros máximo), solo para presiones poco mayores a la presión atmosférica. 4.- Cual de los tres elementos antes mencionados tiene mayor precisión. Explique. En la industria petrolera, los dispositivos para la medición de la presión están expuestos a condiciones ambientales extremas como el crudo del petróleo mezclado con agua marina o diferentes gases. La presión es de gran importancia para la industria para la verificación de los procesos y en conjunto con la temperatura determinar las condiciones de los fluidos. Por tales motivos los transductores de presión son fabricados bajo una gama de tecnologías que han logrado alcanzar una precisión de medida de 0 a 1%, en comparación con otros instrumentos de medición que van de 0.5 a 1%. Logrado por sus optimo diseño por medio de la combinación de los principios mecánicos con los eléctricos, a través de sensores de deformación emitiendo valores de resistencia que se reflejan en voltaje directamente proporcional a la presión aplicada. Son aplicados para la detección de lecturas muy bajas y muy altas, las cuales resultan ser una amplia limitación para los otros instrumentos mencionados como lo es el Bourdon que para presiones por debajo de 50 PSI refleja errores relativamente altos, y el tubo piezométrico no son factibles para la determinación de presiones muy altas en comparación con la presión atmosférica. Por otra parte los transductores de presión pueden ser utilizados con mayor facilidad en lugares donde la instalación de los otros equipos es complicada y llega a cumplir con sus condiciones mínimas, haciendo que las lecturas sean desconocidas. Los transductores de presión tienen la gran ventaja de transmitir a distancia ya sea por cables eléctricos, red o señal de radio los registros obtenidos en tiempo real permitiendo un seguimiento continuo de las condiciones de los fluidos.
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