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Agrupaciones de Analizadores · PDF fileen el convertidor incluyen las correcciones del ... Grados API, Baume, Brix Porcentaje de Masa, Porcentaje de volumen, Densidad relativa Las

Nov 02, 2018

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  • TEMA 1.1.5 ANALIZADORES DE DENSIDAD DE LQUIDO

    Pg. 1 de 17

    1.- Analizadores 1.1.- Analizadores de Refinera y Lquidos

    1.1.5.- Analizadores de Densidad de Lquido

    Contenido

    1 Introduccin 2

    1.1 Generalidades 2

    1.2 Mtodos de laboratorio 3

    1.3 Tipos de analizadores de proceso 3

    2 Descripcin de analizadores 5

    2.1 Sensor Solartron serie 7835 5

    2.2 Detector de Densidad Yokogawa modelo DM8 7

    2.3 Medidor Micro-motion 8

    2.4 Medidor Kay-Ray 9

    3 Calibracin y mantenimiento 11

    3.1 Calibracin 11

    3.2 Mantenimiento 11

    4 Consideraciones de instalacin y tratamiento de muestra 12

    4.1 Instalacin 12

    4.2 Tratamiento de muestra 12

    5 Especificaciones 13

    5.1 Sensor Solartron serie 7835 13

    5.2 Detector de Densidad Yokogawa modelo DM8 14

    5.3 Medidor Micro Motion 14

    5.4 Medidor Kay-Ray 16

    6 Bibliografa 17

  • TEMA 1.1.5 ANALIZADORES DE DENSIDAD DE LQUIDO

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    1 Introduccin

    1.1 Generalidades

    Qu pesa ms, un kilo de hierro o un kilo de paja?.

    Detrs de esta pregunta infantil se esconde la sensacin fsica de que hay sustancias ms pesadas que otras. Es decir que los mismos volmenes de sustancias distintas tienen diferente peso o masa.

    La densidad ( ) de una sustancia se define como la masa (M) por unidad de volumen (V) a una temperatura determinada.

    Y puede ser medida en diferentes unidades, tales como kg/dm3, gr/cm3, kg/m3, lb//ft3..

    Para el tema que nos ocupa de densidad de lquidos es habitual usar kg/dm3

    VM

    =

    1.1.1 Densidad relativa

    La densidad relativa (o peso especfico) de un lquido es la relacin de la densidad del lquido a una temperatura determinada a la densidad del agua a la misma temperatura. A menudo la densidad relativa se refiere a una temperatura determinada, 20 C o 4 C. La densidad del agua a 4 C es la mxima e igual a 1,000 kg/dm3. Por lo tanto a la temperatura de 4 C el peso especfico (densidad relativa) de un lquido tiene un valor numrico exactamente igual a su densidad a esa temperatura.

    La densidad relativa es un parmetro sin dimensiones. Sin embargo, en la industria se usan algunas unidades especiales para la densidad relativa, tales como grados API en la industria del petrleo y grados Baume en la industria qumica.

    Estas unidades se definen de la forma siguiente:

    API = ( 141,5 / SG 15/15 ) - 131,5

    Be (para lquidos menos densos que el agua) = (140 / SG15/15) - 130

    Be (para lquidos ms densos que el agua) = 145 - (145 / SG15/15)

    Siendo SG15/15 la densidad relativa a 15 C

    1.1.2 Efectos de la presin y temperatura

    La temperatura, la presin y la naturaleza de un fluido afectan a su densidad. Excepto para algunos casos especiales, como los GLP, los lquidos pueden ser considerados como incompresibles por lo que su densidad no se ve afectada prcticamente por los cambios de presin. Sin embargo las variaciones de temperatura si que tienen un considerable efecto sobre la densidad, por lo que, generalmente, es necesario realizar compensaciones por cambios de temperatura cuando se mide la densidad.

  • TEMA 1.1.5 ANALIZADORES DE DENSIDAD DE LQUIDO

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    1.2 Mtodos de laboratorio

    Los mtodos tradicionales de medida de la densidad de lquidos en laboratorio se basan en dos tcnicas diferentes:

    Tcnica de pesar un volumen conocido de lquido

    Tcnica de medir la flotacin de una boya en el lquido (hidrmetro)

    El primero consiste en el uso de una botella de vidrio con un volumen determinado y muy preciso y con un peso no mayor de unos 30 gramos. La botella bien limpia y seca se pesa en una balanza de precisin. Despus se llena con la muestra del lquido de prueba y se sumerge en un bao mantenido a temperatura constante (normalmente a 20 o 25 C). Cuando la muestra ha alcanzado la temperatura del bao se saca la botella del bao, se limpia y se seca por fuera, se deja enfriar, y se pesa de nuevo. La densidad de la muestra en gramos por cc. Se calcula por la expresin:

    ( )V

    WW 12 =

    Donde: W1 = masa de la botella vaca en gramos

    W2 = masa de la botella llena de la muestra en gramos

    V = volumen de la botella en cc.

    El hidrmetro es una boya especial fabricada de vidrio y lastrada de forma que flote en posicin vertical en el lquido de prueba. El vstago superior incorpora una escala graduada. Cuando se sumerge en el lquido se hunde hasta una posicin determinada que depende de la densidad del lquido, segn el Principio de Arqumedes

    La escala suele estar calibrada en unidades de densidad relativa, aunque puede estar calibrada en otras unidades como grados API o Baume. Algunos hidrmetros incorporan un termmetro para las correcciones oportunas.

    1.3 Tipos de analizadores de proceso

    Los instrumentos que se usan para la determinacin de la densidad de lquidos en procesos se basan en alguno de los principios de operacin siguientes:

    Vibracin

    Presin hidrosttica

    Absorcin de radiaciones

    Energa cintica

    Boya

    Pesaje aerosttico

    Turbo jet

    Algunos de los principios fsicos en que se basan ciertos medidores de caudal o de nivel son aplicables a medidas de densidad

    En lo que sigue describiremos algunos de los analizadores que, en nuestra opinin, son los que han ido ganando ms aceptacin en la industria y que funcionan bsicamente en lquidos fluyendo en condiciones de trabajo.

  • TEMA 1.1.5 ANALIZADORES DE DENSIDAD DE LQUIDO

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    Nos referimos a los medidores de Solartron, Yokogawa, Micromotion y Kay-Ray.

    Como curiosidad describiremos, tambin, un mtodo barato y eficaz, aunque no demasiado preciso, de medida de densidad en lquidos contenidos en tanques a presin atmosfrica por medio de la medida de la presin hidrosttica medida por burbujeo.

    La precisin de esta medida depende de la precisin de los propios instrumentos usados: la DP Cell, y sobre todo los reguladores de caudal constante de purga. En conjunto, se puede estimar del orden de 3 % de la lectura.

    Para el estudio de otros tipos, no descritos aqu, recomendamos la consulta de los libros que se citan en la bibliografa.

    HL

    N2 o Airede Instrumentos

    ( * )

    ( * )

    P1P2

    H1H2

    h

    P1=H1 x P2=H2 x

    DP = (H1 - H2) = DP / (H1 - H2)

    = DP / h

    ( * ) = Reguladores de purga a caudal constante

    MEDIDA DE LA DENSIDAD POR BURBUJEO

  • TEMA 1.1.5 ANALIZADORES DE DENSIDAD DE LQUIDO

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    2 Descripcin de analizadores

    2.1 Sensor Solartron serie 7835

    El analizador consiste de un sensor o transducer y una unidad electrnica basada en microprocesador, de montaje separado, convertidora de seal.

    2.1.1 Principio de medida

    Este principio aplica a distintos modelos: 7835, 7845, 7846 y 7847, que varan en los materiales de construccin

    El sensor de medida de densidad de lquidos Solartron opera de forma similar a un sistema de masa y muelle. Cuando cambia la densidad del lquido cambia a su vez la masa vibrante lo que se detecta como un cambio en la frecuencia de resonancia.

    Cuando una masa suspendida de un muelle se estira y despus se suelta oscila a su frecuencia natural hasta que alcanza el reposo debido al amortiguamiento por el rozamiento con el aire (efecto de viscosidad) que lo frenan. Se puede mantener la frecuencia natural de oscilacin suministrando una fuerza que anule los efectos del rozamiento.

    El sensor consiste en un tubo que se mantiene en resonancia por unas bobinas excitadoras controladas electrnicamente. Cuando la densidad del producto varia se altera la masa vibrante que hace variar la frecuencia de resonancia.

    La seal de salida, en forma de frecuencia, puede ser fcilmente transmitida y procesada sin prdida de exactitud usando las ms recientes tcnicas de microprocesadores. Esto proporciona una alta resolucin y exactitud.

    La relacin entre la frecuencia y la densidad viene dada por:

    = K0 + K1 + K2 2 Donde: = Densidad

    = Seal de salida del sensor. Periodo K0, K1 y K2 = Constantes para cada sensor

    2.1.2 Descripcin del equipo

  • TEMA 1.1.5 ANALIZADORES DE DENSIDAD DE LQUIDO

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    El sensor es, bsicamente, un tubo recto muy liso interiormente de 25 mm de dimetro interior, totalmente sellado y de construccin soldada. Las conexiones son habitualmente bridas de 1 300 o 600 libras. Tambin se fabrica con conexiones de tipo alimentario.

    Hay un modelo especial para insercin en tanques o grandes tuberas: el 7826. Este modelo consiste en una horquilla vibradora montado sobre una brida, que a su vez soporta el pre-amplificador. La horquilla se sumerge en el lquido. Su frecuencia de resonancia depende de la densidad del lquido que la rodea. Hay una versin con salida directa 4-20 mA, sin convertidores de seal (unidad electrnica) separados.

    En el modelo 7835 el tubo vibrante es construido de Ni-span-C, proporcionando larga vida y un bajo coeficiente de temperatura. En el modelo 7845 el tubo es de acero inoxidable 316 L. Se usa Hastelloy C22 en el modelo 7846.

    Sobre el tubo se encuentran las bobinas excitadoras, las detectoras y un pre-amplificador.

    Todos los modelos incorporan un sensor de temperatura Pt-100 para la correccin de la densidad medida.

    2.1.3 Convertidores de seal

    Solartron fabrica una serie de unidades electrnicas, basadas, todas, en microprocesador que denomina Convertidores de Seal y que aceptan las seales procedentes de los sensores de densidad. Tambin reciben seales de sensores de viscosidad con entradas adicionales para seales de temperatura y presin. Los clculos en el convertidor inc