POSTLABORATORIO - MEDICIÓN DE NIVEL POR PRESIÓN HIDROSTÁTICA

BASES TEÓRICAS

Método de presión diferencial


Es utilizado para medición continua de nivel en tanques que contengan líquidos o barros, en la industria química, farmacéutica y alimenticia, como también en tratamiento de agua y aguas residuales. La sonda, formando un sensor de presión se encuentra de distintos diseños de construcción para diversas aplicaciones, por ejemplo: para ser montadas a un costado del tanque, o arriba, para materiales corrosivos, etc.

Principio de funcionamiento:
El peso de una columna de líquido genera una presión hidrostática. A densidad constante, la presión hidrostática es solamente función de la altura de la columna de líquido:

Presion = p g h

Medidor manométrico

El medidor manométrico es basicamente un manómetro conectado a la parte inferior del tanque, en donde se ubica la válvula de cierre para el mantenimiento del líquido, y un pote de decantación con una válvula de purga.

El manómetro mide la presión a la altura h que hay entre el nivel del tanque y el eje del instrumento por lo que el margen de medida del instrumento corresponderá a 0 - h · p· g pascal, h es la altura del líquido, p su densidad en kg/cm3 y g la aceleración de la gravedad (9.8 m/s2).

El manómetro en estos es utilizado con elemento de medida del tipo fuelle, el cual es usado para la medición de presiones bajas, ademas de que solo es usado para fluidos limpios ya que si el líquido es corrosivo, coagula o bien tiene sólidos en suspensión, el fuelle puede destruirse o bien bloquearse perdiendo su elasticidad. Por otro parte, la medida está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido.

Medidor de membrana

Es membrana acoplada a la pared del recipiente en el punto en el que se quiere detectar el nivel
Cuando el material llega a la altura del interruptor, presiona la membrana y actúa un conmutador, por tanto la fuerza ejercida por la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a un presión igual a la ejercida por la columna de líquido

Medidor de Tipo Burbujeo.

Los sistemas de burbujeo miden el nivel determinando la presión requerida para que un flujo constante de aire venza la presión hidrostática de un líquido. Por lo que al salir el aire, lo hace burbujeando.

en este sistema hay un tubo sumergido en el líquido, a través del cual se hace burbujea aire mediante un rotámetro con regulador de caudal, permitiendo caudal de aire constante a través del líquido. La tubería empleada suele ser de ½ pulgada con el extremo biselado para una fácil formación de las burbujas de aire.El rotámetro es un medidor de caudal de área variable, en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido.

Cuando las burbujas salen del tubo, la presión del aire en el interior de la tubería, medido mediante un manómetro de fuelles, corresponde a la presión máxima ejercida por el líquido. Por lo tanto, si se mide la presión dentro del tubo, se obtiene la medición de nivel. Las velocidades del tubo de burbujas son por lo general de 0.5 pies cúbicos de aire libre por hora.

El sistema también puede emplearse en tanques cerrados con dos juegos rotámetro-regulador y con las señales de aire conectadas a un transmisor de presión diferencial. Como es lógico, la presión del aire de purga debe ser superior a la presión interna del tanque.

Cabe destacar que no sólo se puede utilizar aire como fluido de purga, sino también otro tipo de gases e incluso líquido. De hecho, algunos sistemas de purga utilizan nitrógeno que es uno de los que más se usan a presión. Un cilindro estándar de 110 pies cúbicos de nitrógeno para bombas de aceite comerciales puede proporcionar suficiente gas a presión para asegurar el funcionamiento del tubo de burbujas durante más de tres semanas.

El método de burbujeo es usado en el caso de líquidos muy corrosivos o con sólidos en suspensión y en emulsiones. No es recomendable su empleo cuando el fluido de purga perjudica al líquido, tampoco para fluidos altamente viscosos donde las burbujas formadas del aire o del gas de purga presentan el riesgo de no separarse rápidamente del tubo.

Medidor de presion diferencial de diafragma

El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso especifico.
P = Presión
H = altura de líquido sobre el instrumento
γ = densidad del líquido
g = 9,8 m/s2

El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma.

En el tipo más utilizado, el diafragma está fijado en una brida que se monta rasante al tanque para permitir sin dificultades la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y líquidos con sólidos en suspensión, pudiendo incluso ser de montaje saliente para que el diafragma enrase completamente con las paredes interiores del tanque tal como ocurre en el caso de líquidos extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo.

Hay que señalar que el nivel cero del líquido se selecciona en un eje a la altura del diafragma. Si el instrumento se calibra en el tanque, el 0 % del aparato debe comprobarse con el nivel más bajo en el borde inferior del diafragma (entre el borde inferior y el superior del diafragma la señal de salida no ésta en proporción directa al nivel).


Introduccion
La medicion de nivel del liquido de un tanque pueden obtenerse por multiples formas, sin embargo hay unos metodos mas convenientes que otros en ciertas circunstancias.
La presion hidrostatica es un principio básico y simple en que un fluido ejerce presion sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él, en este principio es el que se basa la medicion de nivel de liquido y es el metodo a usar en el presente laboratorio.

Valores Experimentales

La toma de datos se baso en la obtencion de valores de corriente del instumento para una
altura medida con una regla, sin embargo,

Nivel experimental para valores subiendo





Tablas 1 y2. Representacion de valores correspondientes de nivel con los valores de corriente experimental.

Nivel experimental para valores bajando




Tablas 3 y 4. Representacion de valores correspondientes de nivel con los valores de corriente experimental.


Grafica Nivel Experimental Vs Nivel Patron


Figura 1. Grafica para valores subiendo.las unidades es en metros



Figura 2.Grafica para valores bajando( las unidades es en metros)


Error del cero y lineal

Error del cero(Subiendo) =Nivelexp - Nivelpatron= 0

Error lineal(Subiendo)
Elineal(0%) = 0- 0 =0
Elineal(25%) = 0.247- 0.250 =0.003
Elineal(50%) = 0.497- 0.500 =0.003
Elineal(75%) = 0.748- 0.750 =0.002
Elineal(100%) = 1- 1 = 0


Error del cero(Bajando) = Nivelexp - Nivelpatron= 0
Error lineal(Bajando) =
Elineal(0%) = 0- 0 =0
Elineal(25%) = 0.247- 0.250 =0.003
Elineal(50%) = 0.497- 0.500 =0.003
Elineal(75%) = 0.749- 0.750 =0.001
Elineal(100%) = 1- 1 = 0

Histeresis


Figura 3. Histeresis

Analisis de resultados

Los valores de nivel obtenidos experimentalmente tanto la subida y bajada son extremadamente cercanos a los valores teoricos del instrumento y por tanto, los valores esperados, sobre todo mostrandose este comportamiento en las graficas Nivel Experimental Vs Nivel Patron(figura1 y 2), resultanto en una linea recta con pendiente muy cercano a 1 donde a cada nivel experimental le corresponde su par similar en el conjunto de niveles teoricos.

En la curva de histeresis las curvas tanto de subida y bajada son practicamente iguales entre si y tambien al valor real de la medicion apreciandose una recta.

Conclusion

Los instrumentos de medicion de nivel por presion hidrostatica son altamente confiables
por multiples razones, ya sea por su precision, confiabilidad pero por sobre todo tanto por su
simplicidad en el modo de operacion como en la facilidad de obtencion de datos del nivel
del proceso en que esten empleados.

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Visita a Comsigua

COMSIGUA Es un complejo productor de HBI(Hierro Briqueteado en Caliente), está ubicado en el sector Matanzas de Puerto Ordaz, instalado sobre una superficie de 200.000 mts2.

 Torre del reactor.


Reseña historica

1989. Comienzan los estudios de factibilidad entre Kobe Steel Ltd., y CVG Ferrominera Orinoco C.A.. Inicialmente el alcance del proyecto era construir dos plantas de reducción directa, un Horno de Arco Eléctrico (EAF), y una máquina de colada continua. A esto se debe el nombre de la empresa: "Complejo Siderúrgico de Guayana, C.A. (COMSIGUA)".

1992-93. Debido a condiciones de mercado, se construye solo una planta de reducción directa solamente; el costo supera los 271 millones de dólares cuyo financiamiento es proporcionado por accionistas, la IFC y créditos bancarios. El capital (alrededor de los 115 millones de dólares) lo otorgarían los accionistas y el resto de los bancos.

1994. Se realiza la primera reunión de accionistas en la ciudad de Puerto Ordaz, y se suscribe el Acuerdo de Accionistas según lo establecido por las Leyes Venezolanas.
Los accionistas para la época eran: Kobe Steel Ltd., CVG Ferrominera Orinoco C.A., Oregon Steel Mills, FALCK, HANBO, y la IFC. Igualmente para ese periodo se firmaron acuerdos de apoyo al proyecto tales como: acuerdos de inversión, de energía, de gas, de suministro de agua, y de suministro de hierro, entre otros.

1996. FALCK renuncia al 50% de su capital accionario, y éste es adquirido por la empresa TAMSA. Se firma un nuevo convenio. Se establecen los estatutos de la empresa. Oregon Steel Mills y FALCK renuncian al proyecto, y MARUBENI, MITSUI, NISSHO y Kobe Steel Ltd., asumen sus acciones.
Tiene lugar la primera reunión de directores en la ciudad de Nueva York. Son designados los miembros del Comité Ejecutivo, el Gerente General y el Gerente de Construcción. Comienza la construcción de la planta.

1997. HANBO renuncia a sus acciones de la empresa.

Culmina la construcción. Se realizan las primeras pruebas y ensayo de arranque de la planta.

1998. Primer envío de HBI (Hierro Briqueteado en Caliente).

2003. 5 mil toneladas de Hierro Briqueteado en Caliente (HBI) son producidas y vendidas.


Proceso de producción de HBI(Hierro Briqueteado en Caliente).
El proceso de producción de briquetas comprendes tres grandes etapas:


• Recibo de material e insumos recibidos.
• Producción de las briquetas y control del proceso.
• Transporte.

Recibo de material e insumos recibidos

La materia prima utilizada para la producción de Hierro Briqueteado en Caliente (HBI) es pellas y mineral de hierro calibrado suministrado por CVG Ferrominera Orinoco, C.A.. Estos materiales son transportados desde el patio de almacenamiento de CVG Ferrominera Orinoco a través de un sistema de cintas transportadoras. Los materiales son mezclados (80% pellas y 20% mineral de hierro) en la cinta de alimentación, y son cribados antes de servir de alimentación al horno.

El suministro de pellas es de 1.2millones de toneladas y 300000 de mineral grueso de hierro.
los insumos recibidos son:

Electricidad: 130 millones de kwh/año. Suministrado por EDELCA.
Gas natural: 295 millones de M3/año. Suministrado por PDVSA.
Agua industrial: 3 millones de M3/año. Suministrado por CVG Gosh.

Proceso de obtencion de las briquetas

El proceso se efectua en el reactor, principalmente en los hornos donde se mezcla las pellas y el mineral de hierro que por efecto de gravedad fluye hacia abajo y el hierro metálico es entonces reducido donde la cantidad de oxigeno es minimizado por medio de un contra-flujo de gas reductor.

El hierro reducido es descargado en cuatro máquinas briqueteadoras, donde es compactado y convertido en briquetas, a lo que después se le transporta a los tanques de enfriamiento.

El Gas Natural, utilizado para producir los gases reductores, es mezclado con el Gas de Proceso reciclado y enviado al Reformador después del precalentamiento de la mezcla en la unidad de Recuperación de Calor.

En el Reformador, el gas natural reacciona con el agua y el dióxido de carbono presentes en el Gas de Proceso para producir los gases reductores: hidrógeno y monóxido de carbono. Estos gases reductores a una temperatura de 875°C son alimentados al Horno de Reducción, donde entran en contacto con las Pellas de Óxido de Hierro y el Mineral de Hierro. Una vez aquí, los gases reductores reaccionan con los óxidos removiéndoles el oxígeno y dejando casi exclusivamente hierro puro.

Al mismo tiempo, el carbono en forma de Carburo de Hierro se deposita en el hierro. Después de la reducción, los gases utilizados se enfrían y se lavan para quitarles las partículas de polvo. Gran parte de este gas es reciclado en el Reformador como Gas de Proceso y el restante es utilizado como combustible en los Quemadores del Reformador. Los gases de humo de los quemadores son utilizados para precalentar el gas de alimentación del Reformador en la unidad de Recuperación de Calor antes de ser liberados a la atmósfera a través de un tubo eyector.


Proceso de produccion de las Briquetas en Comsigua.

Control del proceso.

El proceso de produccion completo de las briquetas se monitoriza y controla desde la sala de control (DCS -AVV) donde la señal de los transmisores de campo es enviado a la sala de control. 

El sistema que se trabaja usa es el sistema operativo linux aunque tambien es utilizado el windows y se compone de multiple estaciones que interactuan en una red mediante un hub LAN que es el elemento que permite el intercambo de datos computacional  entre ellos donde, ademas, el sistema completo esta conectado mediante 2 redes de manera de conservar una red de respaldo en caso de falla de la otra red

El CPU maestro que controla las variables esta formado a su vez por dos CPU, un CPU 1 que controla la mayoria de las variables como descarga de material, entre otros y el CPU 2 que controla las variables restantes.

Diagrama del sistema de control de proceso en Comsigua

Cada estacion desde la AS1 hasta la AS9, controla un proceso especifico,por ejemplo la AS9  controla la operacion de carga de vagones, la AS6 es el proceso bajo un terminal unix mientras que la AS5 maneja la parte estadistica del proceso. el AS120 y AS102 son impresiones relativas al proceso.

la estacion AS8 es la operacion de control donde se monitorea el proceso y se puede ajustar variables del proceso en tiempo real.


Grafica tipica en los paneles de control del proceso. En este caso se muestra el reactor con sus variables en tiempo real.

Transporte

El transporte se hace por puerto maritimo a los destinos del producto.
El puerto esta ubicado a 20 Km. de la planta en la orilla del Río Orinoco, se encuentra el Puerto de Paluá (bajo la Gerencia de COPAL), que sirve de instalaciones portuarias a COMSIGUA. En este puerto, el HBI de COMSIGUA es acumulado en pilas, fletado y cargado en embarques hacia el océano. En la planta, el HBI producido es cargado en vagones de tren después de ser cribados, y luego son transportados por tren hasta Paluá. El HBI es recibido en una tina, la cual es transportada y depositada en el patio a través de diez tolvas vibradoras. Desde un patio de más de 120.000 TM de capacidad, se recupera el HBI utilizando cargadores frontales, y se deposita en cinco tolvas de carga, las cuales alimentan el sistema de cintas transportadoras que lleva el producto directamente a las bodegas del barco. Antes de llegar al atracadero, se criba el HBI para remover fracciones menores a 9mm, se toman muestras, y el HBI es pesado y transportado al sistema de carga del barco. El sistema de carga del barco consta de un carro que recorre el muelle, y de un brazo telescópico que cruza la anchura de la embarcación. El brazo de carga del barco tiene un dispositivo retráctil de carga frontal instalado en un extremo que prácticamente ubica el HBI en los tanques superiores de cada bodega de carga. Esto reduce en gran medida cualquier rompimiento o degradación del HBI de COMSIGUA.

Imagenes del proceso en Comsigua

Deposito para purificacion del agua.


Imagenes en la etapa de suministro de gas


Tubo de venturi en la tuberia del gas natural.




Sensores de presion del gas.



Valvula de control.


Sensor de presion.


Medidor de nivel.




Elementos de alimentacion de gas a la planta.

Fotografias en la etapa de tanques de enfriamiento.


Seccion de tanque de enfriamiento.


Medidor magnetico de flujo.

Imagenes en la salida del proceso.



Correa de transporte de briquetas.


Salida de briquetas.


Briquetas.


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