Medición de Interfase por Presión Diferencial

 

Los transmisores de presión diferencial representan una herramienta de gran versatilidad. A través de la medición de la presión, permiten determinar el nivel de un fluido, teniendo en cuenta su densidad o gravedad específica. Asimismo, posibilitan la identificación de la interfaz o el cálculo del porcentaje de concentración entre dos fluidos presentes en un mismo recipiente, como podría ser un tanque de almacenamiento. Esta capacidad de análisis y medición resulta fundamental en numerosos contextos industriales y de ingeniería, contribuyendo a un control preciso de procesos y recursos.

Para llevar a cabo este procedimiento, aplicamos la misma fórmula de la diferencia de presión (ΔP):

 

(∆P = PH – PL)

• ∆P = Presión Diferencial
• PH = Presión de Alta (Recamara o sello de Alta)
• PL = Presión de baja (Recamara o sello del Baja)

 

Hay que tener en cuenta la densidad o gravedad específica de los dos fluidos involucrados. Recuerde que la densidad de un fluido es la cantidad de masa contenida en una unidad de volumen y se expresa en kilogramos por metro cúbico (kg/m³). La gravedad específica es la relación entre la densidad de un fluido y la densidad del agua a una temperatura de 4 grados Celsius (39.2 grados Fahrenheit) y una presión de 1 atmósfera, se obtiene dividiendo la densidad del fluido entre la densidad del agua la cual es de (1000 kg/m³). No tiene unidades y refleja cuánto más denso o ligero es el fluido en comparación con el agua.

Es esencial garantizar que el proceso no incluya cantidades significativas de un tercer fluido, ya que esto podría distorsionar los resultados de la medición del nivel mediante presión o presión diferencial.

De igual manera el Nivel del tanque o recipiente debe ser constante de lo contrario NO se puede garantizar una medida acorde a las condiciones de proceso, esta es la mayor desventaja de este tipo de instrumentos.

A continuación se presenta un ejemplo que ilustra este concepto en detalle:

 

• Tanque de almacenamiento de Agua y Crudo.
• Altura máxima del fluido: 7 metros
• Unidad de presión: inH2O
• Unidad de nivel: Metros

Pierna o recamara de alta: 

• Densidad Agua: 1000 kg/m³ = Gravedad especifica = 1
• Densidad Crudo:  930 kg/m³ = Gravedad especifica = 0.93

Pierna o recamara de Baja (para tanques cerrados):

• Densidad Glicerina:  1260 kg/m³ / Gravedad especifica = 1.26

Como primer paso debemos definir o asignar las señales de corriente de 4 a 20 mA respecto al liquido, el de menor densidad siempre va a ser la señal mas baja 4mA y la mas densa será la de 20mA, 

Luego hallar los valores de la LRV y URV del rango teniendo en cuenta el tipo de tanque como se muestra a continuación:

TANQUE CERRADO 

Señal de salida del transmisor con el tanque lleno del líquido menos denso = 4mA (CRUDO) (0% Alcance)	Señal de salida del transmisor con el tanque lleno del liquido más denso = 20mA (AGUA) (100% Alcance)

Hallar LRV (100% crudo / 0% Agua)	Hallar URV (100% Agua / 0% Crudo)
LRV = PH – PL LRV = (h * SG) – (h * SG)   Sustituimos: LRV = (7m * 0.93) – (7.20m * 1.26) LRV = (6,52mH2O) – (9,072 mH2O) LRV = -2.552 mH2O  LRV =  -3.62 PSI LRV = -100.47 inH2O	URV = PH – PL URV = (h * SG) – (h * SG) Sustituimos: URV = (7m * 1) – (7.20m * 1.26) URV = (7mH2O) – (9,072 mH2O) URV = -2,072 mH2O URV =  -2.94 PSI URV = -81.57inH2O
RANGO: -2.552 mH2O a -2,072 mH2O -3.62 PSI a -2.94 PSI -100.47 inH2O a -81.57inH2O

TANQUE ABIERTO

Señal de salida del transmisor con el tanque lleno del líquido menos denso = 4mA (CRUDO) (0% Alcance)	Señal de salida del transmisor con el tanque lleno del liquido más denso = 20mA (AGUA) (100% Alcance)

Hallar LRV (100% crudo / 0% Agua)	Hallar URV (100% Agua / 0% Crudo)
LRV = PH LRV = (h * SG)   Sustituimos: LRV = (7m * 0.93) LRV = 6,52 mH2O  LRV = 9.26 PSI LRV = 256.7 inH2O	URV = PH URV = (h * SG) Sustituimos: URV = (7m * 1)  URV = (7 mH2O) URV = 7 mH2O URV = 9.94 PSI URV = 275.6 inH2O
RANGO: 6,52 mH2O  a 7 mH2O 9.26 PSI a 9.94 PSI 256.7 inH2O a 275.6 inH2O

• 4mA como 100% crudo o 0% agua.
• 20mA como 0% crudo o 100% agua.

De esta manera podemos interpretar que cuando la señal se acerque a uno de los dos extremos de 4 a 20mA así mismo corresponderá el porcentaje o concentración del fluido de interés, una mezcla o emulsión homogénea entre ambos fluidos (50%) corresponde a una señal de 12 mA.

Ahora una vez definido el rango de nuestro instrumento podemos hacer calculo de la interfaz del instrumento con el valor de la (PV) Variable de proceso en presión diferencial mediante la siguiente formula: 

I = ((PV - LRV) / SPAN) * h

I: interfase

PV: variable de proceso (Presión Leída por el transmisor)

SPAN: (URV – LRV) (Diferencia entre el valor máximo y mínimo del rango)

LRV: Valor mínimo del Rango

h: Altura máxima del fluido (de la recamara o pierna de alta)

A continuación un ejemplo: supongamos que tenemos un transmisor de nivel por presión diferencial que entrega una presión de -2.312mH2O en el tanque cerrado. Y un transmisor de presión que entrega 6.76 mH2O en el tanque abierto. Tenemos entonces: 

TANQUE CERRADO	TANQUE ABIERTO
Rango: -2.552 mH2O a -2,072 mH2O SPAN: 0.48 mH2O PV: -2.312 mH2O h: 7 m	Rango: 6,52 mH2O a 7 mH2O SPAN: 0.48 mH2O PV: 6.76 mH2O h: 7m

CALCULO INTERFASE TANQUE CERRADO	CALCULO INTERFASE TANQUE ABIERTO
I = ((PV - LRV) / SPAN) * h I = ((-2.312mH2O - (-2.552mH2O)) / 0.48mH2O) * 7m I = 3,5 m	I = ((PV - LRV) / SPAN) * h I = ((6.76mH2O - 6,52 mH2O) / 0.48mH2O) * 7m I = 3,5 m

Podemos evidenciar que la interfase la cual hace referencia a la zona de separación de los dos líquidos se encuentra  a la mitad de la altura total del liquido (3,5m) tal y como muestra la anterior imagen, esta variable de proceso en un sistema de lazo cerrado es escalizada linealmente a una señal de 4 a 20mA, en este tipo de procesos por medio de un PLC se programa un set Point que nos permitirá controlar dicha interfase, por ello tal como muestra la imagen el tanque comprende dos líneas a proceso de aguas arriba una de descarga (parte inferior) y otra de rebose (parte superior).