Estándares de diseño para la instalación de instrumentación en tuberías: Solución de la deriva de datos y la fluctuación de presión, temperatura y caudal.

Estándares de diseño para la instalación de instrumentación en tuberías: Solución de la deriva de datos y la fluctuación de presión, temperatura y caudal.

 Introducción

Durante la puesta en marcha de proyectos químicos, de suministro de agua, de energía y de automatización, los transmisores de presión, los termómetros y los caudalímetros recién calibrados y cualificados suelen presentar deriva de datos, fluctuaciones de valores o distorsión de la medición tras su instalación. La mayoría de estos fallos no se deben a defectos de calidad inherentes a los instrumentos, sino a una secuencia de disposición inadecuada y a posiciones de instalación no estándar de tuberías, válvulas, puntos de medición y caudalímetros, lo que genera campos de flujo turbulentos y condiciones de medición deficientes. Este artículo, basado en la experiencia práctica, describe la lógica de disposición estándar de cuatro componentes clave de las tuberías (válvulas, transmisores de presión, termómetros y caudalímetros) y ofrece una solución completa para las lecturas inestables de los instrumentos.

 1. Situación común en el lugar de trabajo: Las lecturas anormales de los instrumentos rara vez se deben a fallas en los equipos.

En muchos proyectos se presentan problemas similares: los instrumentos pasan la calibración de fábrica y son nuevos y sin daños, pero tras su puesta en marcha, las lecturas de caudal fluctúan de forma irregular y drástica, los valores de presión oscilan continuamente y la medición de la temperatura se retrasa y distorsiona. Los técnicos inspeccionan repetidamente los cuerpos de los instrumentos, las líneas de alimentación, los bucles de señal y los sistemas de puesta a tierra, pero no logran localizar la causa raíz.

Un factor clave que a menudo se pasa por alto es la secuencia incorrecta de los componentes de la tubería y la ubicación inadecuada de los sensores, ya que las válvulas y los diversos accesorios generan perturbaciones en el fluido. Unas condiciones de funcionamiento estables son imprescindibles para una medición precisa con instrumentos. Si la posición de instalación altera los patrones de flujo del fluido, incluso los instrumentos de ultraprecisión no pueden proporcionar datos exactos, lo que puede provocar un control inestable del sistema, falsas activaciones del enclavamiento y desviaciones importantes de los parámetros del proceso respecto a los valores estándar.

 2 Principios básicos para el diseño estándar: Priorizar evitar la interferencia mutua entre componentes en lugar de simplemente seguir la secuencia ascendente-descendente.

La secuencia general que se muestra en los diagramas de tuberías convencionales es: válvula aguas arriba → transmisor de presión → punto de medición de temperatura → caudalímetro → válvula aguas abajo. Esta secuencia solo sirve como plantilla de referencia básica y no se adapta a todos los fluidos ni a todos los tipos de caudalímetros. Los líquidos, gases y vapores presentan propiedades de fluido muy diferentes; los caudalímetros de vórtice, electromagnéticos, de placa de orificio, de turbina y másicos tienen requisitos específicos en cuanto a la longitud de la sección recta, el patrón de flujo y las condiciones de funcionamiento de la tubería completa.

Una idea de diseño científica y razonable se centra en el caudalímetro: primero, estabilizar el campo de flujo alrededor del mismo y, a continuación, disponer los transmisores de presión, los sensores de temperatura y las válvulas correspondientes. Los codos, las tes, los reductores, las válvulas reguladoras y las salidas de las bombas generan turbulencias, remolinos y pulsaciones de presión, que son los principales desencadenantes de la desviación de los datos de medición. Antes de finalizar el esquema de diseño, confirmar el tipo de fluido, el modelo del caudalímetro, la longitud requerida del tramo recto de tubería y si se necesita compensación de temperatura y presión; luego, completar el diseño general del sistema en función de estos factores.

 III Especificaciones de instalación de la válvula: Prohibida la instalación directa aguas arriba de los caudalímetros.

Las válvulas reguladoras, las válvulas de globo, las válvulas de mariposa semiabiertas y las válvulas de bola son las principales fuentes de perturbación del fluido en las tuberías. La restricción del flujo mediante válvulas genera remolinos, turbulencias y pulsaciones de presión, lo que provoca fluctuaciones violentas en los valores de medición del caudal.

Esquema de instalación óptimo: Todas las válvulas reguladoras deberán instalarse uniformemente aguas abajo de los caudalímetros para garantizar que no haya interferencias por estrangulamiento y que el campo de flujo sea estable aguas arriba de los caudalímetros, a fin de garantizar datos de medición precisos y estables.

Si el espacio limitado en el sitio obliga a instalar las válvulas aguas arriba, el tramo recto de tubería aguas arriba debe extenderse considerablemente, y se instalarán acondicionadores de flujo según sea necesario para eliminar las perturbaciones del fluido y evitar la distorsión de la medición causada por la instalación de válvulas frente a frente. Las válvulas de bloqueo se utilizan únicamente para el aislamiento de mantenimiento y no deben ocupar el tramo recto de tubería efectivo requerido por los caudalímetros.

 Especificaciones de diseño de la toma de presión para infusión intravenosa: Previene la acumulación de gas, la acumulación de líquido, la obstrucción de la tubería y el retraso de la señal.

La mayoría de los problemas de deriva en los datos de presión se deben a métodos de toma de presión inadecuados y a una disposición poco razonable de las líneas de impulso de presión diferencial, más que a fallos en los propios transmisores de presión.

- Medio líquido: Evite los puntos más altos de las tuberías para las tomas de presión, a fin de prevenir la acumulación de gas que retrasa la transmisión de presión y provoca desviaciones en los datos; para medios que contengan sólidos o que se cristalicen fácilmente, evite los puntos más bajos de las tuberías para prevenir la obstrucción de las líneas de impulsión por sedimentos. Las líneas de impulsión deben mantener una pendiente adecuada para la ventilación del aire y el drenaje del líquido.

- Medio gaseoso: Evite los puntos más bajos de la tubería para las tomas de presión para prevenir la acumulación de condensado, que puede provocar lecturas de presión falsamente altas y frecuentemente fluctuantes; la deposición de líquido a largo plazo también corroerá las líneas de impulsión.

- Medio de vapor: El vapor a alta temperatura no debe entrar en contacto directo con los transmisores de presión. Los componentes de aislamiento, como colectores de condensado, depósitos de condensado y tubos sifón, deben estar equipados para resistir altas temperaturas. Se deben añadir sistemas de calefacción por resistencia eléctrica y anticongelantes en las zonas de trabajo de baja temperatura para evitar la congelación de las tuberías y fallos en la medición.

 Especificaciones de disposición del punto de medición de temperatura V: Medir la temperatura del fluido principal en lugar de la temperatura de la pared de la tubería.

La medición de temperatura es muy propensa a generar datos falsos. La mayoría de los termómetros de campo tienen una profundidad de inserción insuficiente y solo capturan la zona de baja temperatura en la pared de la tubería, sin detectar la temperatura del fluido principal en el centro de la tubería, lo que en última instancia resulta en valores de temperatura medidos bajos, una respuesta lenta y resultados de medición distorsionados.

Requisitos de instalación estándar: Mantenga los sensores de temperatura alejados de las salidas de las bombas, las salidas de los intercambiadores de calor y las zonas turbulentas locales para garantizar una mezcla completa del fluido; la profundidad de inserción de los sensores debe alcanzar la zona principal de las tuberías; en tuberías de pequeño diámetro, utilice una instalación inclinada o una instalación de flujo inverso en los codos; en tuberías de gran diámetro y tuberías de vapor, verifique la resistencia de los manguitos de protección y evalúe los riesgos de fractura por vibración para evitar fallos en la medición de la temperatura.

Si se utilizan puntos de medición de temperatura para la compensación de la temperatura y la presión del flujo, estos deben instalarse estrictamente en las posiciones especificadas por los fabricantes de equipos, sin modificaciones arbitrarias.

 Instalación del caudalímetro VI: El equipo de máxima prioridad con los requisitos de instalación más estrictos de todo el sistema.

Los caudalímetros imponen las mayores restricciones de instalación entre todos los instrumentos para tuberías y son altamente sensibles a los tramos rectos de tubería, los patrones de flujo, las condiciones de tubería llena, la vibración, la condensación y la pulsación de presión.

Notas clave para la instalación: No se deben colocar codos, tes, reductores ni válvulas de estrangulamiento aguas arriba; reserve tramos rectos de tubería con longitudes que cumplan con los requisitos del fabricante; mantenga las tuberías de líquidos completamente llenas para evitar la cavitación y la vaporización en los puntos altos; evite la acumulación de líquido y el impacto de las pulsaciones de presión en las tuberías de gas; evite las zonas de acumulación de agua, vibraciones fuertes y cambios bruscos de temperatura en las tuberías de vapor.

La selección e instalación de caudalímetros debe priorizar la adaptación a las condiciones de trabajo in situ, en lugar de buscar simplemente una alta precisión. Incluso los instrumentos de ultra alta precisión no pueden funcionar de forma estable si las condiciones de instalación no cumplen con los estándares.

 VII. Normas de disposición diferencial para distintos fluidos: Disposición separada para líquidos, gases y vapor.

Oleoductos

Asegúrese de que la tubería esté completamente llena y sin burbujas de aire. Instale los caudalímetros en tuberías ascendentes, puntos bajos o zonas con contrapresión estable; prohíba su instalación en puntos altos suspendidos para evitar fluctuaciones de caudal causadas por cavitación por presión negativa.

Instrumentos de medición complementarios para condiciones de trabajo con líquidos:

Transmisor de presión de 4-20 mA, transmisor de presión industrial, medidor de densidad en línea, medidor de densidad de líquidos en línea industrial, medidor de densidad de lodos

Gasoductos

Céntrese en evitar la acumulación de condensado y las pulsaciones de presión, reserve suficiente espacio para el drenaje del líquido y manténgase alejado de las zonas turbulentas situadas aguas abajo de los compresores y las válvulas reguladoras.

Instrumentos de medición complementarios para condiciones de trabajo con gas:

transmisor de presión de gas, transmisor de presión HART, medidor de densidad química

Tuberías de vapor

Tenga en cuenta de forma integral las altas temperaturas, la condensación, las vibraciones y la compensación de temperatura y presión; equipe las tomas de presión con estructuras de protección contra la condensación, coloque sensores de temperatura en las zonas principales e instale caudalímetros lejos de la acumulación de agua y de fuentes de vibración intensas para garantizar una medición precisa.

Instrumentos de medición complementarios para condiciones de trabajo con vapor:

transmisor de presión de vapor, transmisor de nivel de presión diferencial

 Conclusión

Las lecturas inestables de los instrumentos de tubería no se deben a la precisión de los instrumentos, sino a la tecnología de instalación y a la lógica general del diseño. Las válvulas determinan el estado del campo de flujo, los modos de toma de presión afectan la autenticidad de la medición, la profundidad de inserción del sensor determina la precisión de la medición de temperatura y los tramos rectos de tubería garantizan una medición de flujo estable. Un diseño estandarizado de instrumentos va más allá de simplemente ajustar la secuencia de entrada y salida; requiere un diseño integral que combine las condiciones de trabajo del fluido, los principios de medición y los entornos de servicio en el sitio. Un diseño adecuado estabiliza fundamentalmente las lecturas de los instrumentos; un diseño inadecuado hace que la corrección posterior de parámetros y el mantenimiento del equipo sean ineficaces para resolver completamente los problemas de deriva de datos.