Manómetros, mirillas y rompedores de vacío

Estos pequeños elementos de equipo tienen una variedad de aplicaciones importantes en sistemas de vapor y equipos de proceso. En este tutorial se estudian los diferentes tipos disponibles.

Manómetros

Manómetros de presión Los manómetros de presión deben instalarse al menos en las siguientes situaciones:

• Aguas arriba de una válvula reductora de presión - Para monitorizar la integridad del suministro de vapor.
• Aguas abajo de una válvula reductora de presión - Para ajustar y monitorizar la presión aguas abajo. Las variaciones en la presión aguas abajo pueden conducir a una reducción de la productividad de la planta y la calidad del producto. Las variaciones en la presión aguas abajo también pueden indicar problemas con la válvula reductora de presión.
• En vasos de purga - Un manómetro se usa para verificar la presión del vaso durante la purga. Esto mejora la seguridad, ya que una presión más alta de lo normal daría una indicación temprana de obstrucción en la tubería.
• Vasos de vapor destellado - Para monitorizar la presión del vapor destellado. El manómetro de tubo de Bourdon es el tipo más comúnmente usado en sistemas de vapor. Consiste en un tubo enrollado o en forma de ‘C’ que está sellado en un extremo y abierto en el otro. El extremo abierto del tubo de Bourdon está expuesto al fluido del proceso, permitiéndole fluir dentro del tubo. Cualquier aumento en la presión causa una distorsión elástica del tubo, haciendo que se desenrolle. El desplazamiento resultante del extremo cerrado del tubo se traduce mediante una serie de engranajes a un desplazamiento angular del puntero. La posición del puntero es por lo tanto proporcional a la presión aplicada en el conector de presión del manómetro. Típicamente, la deflexión máxima del tubo de Bourdon corresponde a un desplazamiento angular del puntero de 270°. El tubo puede construirse con varios materiales diferentes, dependiendo de la aplicación; generalmente, el latón o el bronce se usan para presiones más altas, mientras que el acero inoxidable se usa para presiones más bajas.

Los manómetros de tubo de Bourdon a menudo tienen la opción de estar llenos de líquido. El área que rodea el tubo de Bourdon se llena con un líquido transparente, normalmente glicerina. Esto protege los mecanismos internos contra daños por vibración severa y mantiene fuera los corrosivos ambientales y la condensación. Esto también amortigua el movimiento del puntero haciendo que el manómetro sea menos susceptible a pequeñas fluctuaciones transitorias de presión.

Como el tubo de Bourdon puede ser dañado por altas temperaturas, es práctica común en sistemas de vapor instalar el manómetro al final de un tubo sifón. El tubo sifón se llena con agua que transmite la presión del fluido de trabajo al tubo de Bourdon, permitiendo que el manómetro se ubique a cierta distancia del punto real donde se mide la presión. Las dos formas más comunes de tubo sifón son los tipos ‘U’ y anillo. El tubo anillo se usa en tuberías horizontales donde hay suficiente espacio por encima de la tubería, y el tipo ‘U’ se usa cuando se monta el manómetro en una tubería vertical, o en tuberías horizontales donde no hay suficiente espacio para un sifón tipo anillo.

El manómetro de tipo Bourdon no es adecuado para uso con líquidos corrosivos o fluidos que contienen sólidos en suspensión solos, ya que estos sólidos pueden dañar los elementos internos del manómetro. En tales casos, es necesario mantener el fluido del proceso separado del tubo de Bourdon.

Esto se hace montando un diafragma flexible en la entrada del manómetro. El elemento de presión del manómetro y el espacio detrás del diafragma forman un sistema completamente sellado, que se evacúa y luego se llena con un fluido de relleno adecuado; en el caso del vapor esto es típicamente un tipo de aceite. La presión del sistema causa que el diafragma se desvíe, y la presión se transmite a través del fluido de relleno al tubo de Bourdon. Los sellos de diafragma también deben usarse en aplicaciones de ‘vapor limpio’ donde no se permite ‘espacio muerto’. Además del manómetro de tubo de Bourdon, están disponibles varios otros tipos de manómetros que incluyen: manómetros de tipo diafragma, manómetros piezoresistivos y termómetros. Manómetros de tipo diafragma Un diafragma metálico se sujeta entre dos bridas y está expuesto al medio de presión en un lado. La presión ejercida por el fluido causa una deflexión elástica del diafragma. La cantidad de deflexión es proporcional a la presión aplicada sobre el diafragma y causa el desplazamiento lineal de una varilla de enlace unida al lado interno del diafragma. El movimiento de la varilla de enlace se traduce a su vez en movimiento angular del puntero del manómetro mediante una serie de engranajes. Así, el movimiento del puntero es proporcional a la presión ejercida sobre el diafragma. El diafragma también sirve para aislar el fluido de los componentes internos del manómetro; por lo tanto, los manómetros de tipo diafragma son adecuados para uso con la mayoría de los tipos de fluidos.

Manómetros piezoresistivos Estos manómetros consisten en un diafragma hecho de un sustrato cerámico; galgas extensométricas de tipo piezoresistivo están unidas al diafragma y junto con los circuitos necesarios, se integran en un chip de silicio. El diafragma se desvía con cambios en la presión, causando un cambio en el equilibrio del puente de la galga extensométrica. Esto es convertido por el módulo de circuito integrado en una señal electrónica que es proporcional a la presión. La señal de salida puede alimentarse a una pantalla digital local o convertirse adicionalmente en una señal de salida de 4-20 mA para transmisión remota. Estos manómetros son muy sensibles y se usan donde se requiere medición precisa de la presión. Como producen una señal eléctrica de salida, es posible incorporarlos en sistemas de gestión de edificios. Termómetros Aunque hay una multitud de termómetros diferentes disponibles, cinco tipos principales pueden encontrarse en sistemas de vapor, a saber, el tipo bimetálico, el tipo de sistema llenado, termistores, termopares y dispositivos de temperatura de resistencia (RTD).

• El termómetro de tipo bimetálico - Consiste en un elemento bimetálico enrollado. El termómetro se basa en el principio de la tira bimetálica, que consiste en dos tiras metálicas, hechas de diferentes materiales, unidas entre sí. Los dos materiales se seleccionan para que tengan diferentes coeficientes térmicos de expansión. Los dos metales se expanden en cantidades diferentes cuando se calientan, y como no pueden moverse uno respecto al otro, la tira bimetálica se dobla.

Cuando la temperatura del elemento enrollado aumenta, tiende a desenrollarse. El grado en que esto ocurre es indicativo de la temperatura. Un puntero está conectado a la bobina por una serie de enlaces, de manera similar al tubo de Bourdon.

Los termómetros bimetálicos tienden a ser económicos, robustos y fáciles de instalar. Se usan donde se requiere una indicación visual simple y rápida de la temperatura.

• Otros métodos de medición de temperatura -

se tratan en el Módulo 6.7, Controladores y sensores. Estos tipos de sensores de temperatura se usan cuando se requiere un mayor nivel de precisión en la medición de temperatura, o cuando esta función debe automatizarse o incorporarse en un sistema de gestión de edificios. Es común colocar una sonda de medición de temperatura en un bolsillo cuando se instala en un elemento de planta. Esto permite que el sensor se retire de la tubería o equipo sin perturbar la integridad del sistema. Se usa una pasta conductora de calor en el bolsillo para proporcionar buenas cualidades de transferencia de calor. Un área de preocupación al instalar un dispositivo de medición de temperatura es asegurar que tome una lectura representativa. Es común, particularmente en vasos que contienen líquido, que exista algún tipo de estratificación térmica del fluido, y medir la temperatura de los vasos a diferentes niveles puede producir resultados diferentes. Las aplicaciones comunes de dispositivos de medición de temperatura incluyen tanques de alimentación de caldera, medición de temperaturas de producto y medición de la temperatura del vapor después de la des-sobrecalentamiento.

Mirillas

Una mirilla, o indicador de flujo visual, proporciona un método para observar el flujo de fluido en una tubería. Tiene dos funciones principales:

• Indicación - Las mirillas se usan para indicar si el fluido está fluyendo correctamente. Se usan para detectar válvulas obstruidas, filtros, purgas de vapor y otros equipos de tubería, así como para detectar si una purga de vapor está fugando vapor.
• Inspección - Las mirillas pueden usarse para observar el color de un producto en diferentes etapas del proceso de producción. Cuando las mirillas se usan para indicar el funcionamiento correcto de las purgas de vapor de descarga por explosión, deben colocarse al menos a 1 m aguas abajo de la purga. Para otras purgas, la mirilla debe colocarse inmediatamente después de la purga. Las mirillas no proporcionan un método exacto de monitorización del funcionamiento de las purgas de vapor. En la práctica, se requiere un conocimiento exhaustivo del sistema de vapor aguas arriba y el diagnóstico es a menudo subjetivo, dependiendo de la experiencia del observador. Por ejemplo, dependiendo del caudal de condensado, la presión y el patrón de descarga de la purga, puede ser difícil diferenciar si la purga de vapor está fugando vapor o si se está generando vapor destellado después de la purga de vapor. Las mirillas generalmente han sido reemplazadas por dispositivos eléctricos como sensores de conductividad, que detectan inundación aguas arriba de la purga de vapor o purgas con fugas. Estos dispositivos no requieren experiencia en purgas de vapor y producen un resultado consistentemente preciso. Mirillas La mirilla tiene una reducción concéntrica suave en la conexión de entrada, que promueve la turbulencia en la mirilla cuando el fluido fluye a través de ella. El flujo turbulento dentro de la mirilla permite detectar cualquier fluido. Las mirillas están disponibles con ventanas de visualización simples, dobles o múltiples.

Algunas mirillas pueden equiparse con una fuente de luz, estas son útiles cuando la mirilla se instala en un área de baja iluminación ambiental, o donde debe usarse una mirilla de ventana única, como en tanques. Mirilla con retención La mirilla con retención (ver Figura 12.6.7) es una combinación de una mirilla y una válvula de retención. Una bola en la parte superior del tubo de flujo se levanta de su asiento por el fluido cuando fluye a través de la ventana cilíndrica hacia la conexión de salida. Cuando hay flujo inverso, la bola es forzada de vuelta a su asiento en la entrada. El movimiento de la bola hace que el flujo sea fácil de ver, además de proporcionar cierre en flujo inverso. Al igual que con las mirillas, la mirilla con retención se usa para observar la descarga de las purgas de vapor. En la mirilla con retención, la posición de la retención de bola indica si el condensado está fluyendo. Donde el condensado se eleva después de la purga, la mirilla con retención elimina la necesidad de una válvula de retención separada, simplificando así la instalación. La mirilla con retención es particularmente útil para la puesta en servicio de purgas de vapor equipadas con un liberador de bloqueo de vapor (SLR).

Rompedores de vacío

Los rompedores de vacío protegen la planta y los equipos de proceso contra condiciones de vacío, típicamente asociadas con el enfriamiento.

El rompedor de vacío consiste en una bola esférica de acero inoxidable que descansa en su asiento durante las condiciones normales de operación. En el punto de vacío, la válvula se levanta de su asiento y el aire se aspira al sistema.

En algunos casos, la válvula puede estar con carga de muelle, lo que significa que el vacío solo se rompe cuando hay una disminución adicional de presión. Esto ayuda a asegurar que el cierre en condiciones cercanas al vacío permanezca hermético a burbujas.

Una de las aplicaciones más comunes de un rompedor de vacío es en equipos de proceso como cubas camisadas e intercambiadores de calor. Cuando estos elementos se apagan, todavía contienen cierta cantidad de vapor. El vapor se condensa a medida que el vaso se enfría, y como el condensado ocupa un volumen mucho menor que el vapor, se generan condiciones de vacío. El vacío puede dañar la planta y por lo tanto es necesario instalar un rompedor de vapor en la entrada de vapor de dicho equipo o en el cuerpo de la planta. La misma situación puede ocurrir en las tuberías principales de vapor y calderas. Una aplicación común de los rompedores de vacío es en intercambiadores de calor controlados por temperatura que pueden sufrir estancamiento (ver Bloque 13). En intercambiadores de calor más pequeños que drenan a la atmósfera, la condición de estancamiento puede evitarse instalando un rompedor de vacío en la entrada de vapor del intercambiador de calor. Cuando se alcanza el vacío en el espacio de vapor, el rompedor de vacío se abre para permitir que el condensado drene hacia la purga de vapor.

En general, no es deseable introducir aire en el espacio de vapor, ya que actúa como una barrera para la transferencia de calor y reduce la temperatura efectiva del vapor (consultar Módulo 2.4). Esto se convierte en un problema en intercambiadores de calor más grandes, donde no es aconsejable usar un rompedor de vacío para superar el estancamiento. Además, si el condensado se eleva después de la purga de vapor, por ejemplo, en una línea de retorno de condensado elevada, el rompedor de vacío no puede ayudar al drenaje. En ambos casos, es necesario usar un método activo de eliminación de condensado como una bomba-purga (consultar Módulo 13.8).