Conocimiento || Transmisor de diferencia de presión para medir el nivel de líquido

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El transmisor de diferencia de presión es un tipo de instrumento de medición térmica muy común en el ámbito de la producción industrial. Se utiliza principalmente para medir la presión de los medios líquidos, así como otros parámetros físicos como el nivel del líquido, los interruptores de nivel, los transmisores de nivel, los medidores capacitivos de nivel, los interruptores de nivel por radiofrecuencia, etc. Actualmente, en los dispositivos de producción automatizada industrial, el uso de transmisores de diferencia de presión es cada vez más frecuente. Sin embargo, al tratarse de instrumentos de medición de uso general, a menudo presentan fallos en su funcionamiento. Cuando surgen problemas durante la producción, es necesario poder resolverlos de inmediato. De no hacerlo así, esto afectará inevitablemente el normal desarrollo de la producción. En algunos casos, los fallos graves incluso pueden poner en peligro la seguridad de las personas. Este texto es un análisis breve, basado en la experiencia acumulada a lo largo del tiempo por Runzhong Instrument Technology Co., Ltd., sobre el uso de los transmisores de diferencia de presión en la medición de niveles de líquidos. I. Principio de funcionamiento del transmisor de diferencia de presión. Los transmisores de diferencia de presión se utilizan generalmente para medir el nivel de líquido en recipientes cerrados. Para ello, aprovechan la diferencia de presión que se genera debido a la gravedad del propio líquido, con el fin de determinar su nivel dentro del recipiente. El tubo de medición del lado de alta presión (ubicado en la parte superior de la imagen) permanece siempre lleno de agua debido a la condensación del vapor, lo que permite mantener una presión constante. Por su parte, el tubo de medición del lado de baja presión (ubicado en la parte inferior de la imagen) forma un sistema comunicado con el recipiente; su presión varía de manera lineal según los cambios en el nivel del líquido dentro del recipiente. Sea △P la señal de diferencia de presión recibida por el transmisor. P0 representa la presión dentro del recipiente, mientras que P+ es la presión en el lado positivo del transmisor y P- es la presión en el lado negativo del transmisor ； ρ es la densidad del líquido dentro del recipiente ； g es la aceleración de la gravedad ； h1 es la altura desde el punto cero del proceso hasta la abertura de medición en la parte superior del recipiente ； h2 es el nivel del líquido en el proceso del recipiente ； h es la altura desde el transmisor hasta el punto cero del nivel del líquido en el proceso. Entonces, tenemos:
P+ = P0 + ρgh1 + ρgh
P– = P0 + ρgh2 + ρgh
△P = P+ – P– = ρgh1 – ρgh2

Cuando el nivel del líquido pasa de h2 = 0 a h2 = h1, la diferencia de presión medida por el transmisor disminuye desde su valor máximo hasta ΔP = 0. Al configurar el transmisor, la corriente de salida pasa de 4 mA a 20 mA. II. Ajuste del punto cero del transmisor. Al medir el nivel de líquido con un transmisor de diferencia de presión, el ajuste del punto cero es un paso muy importante. Cuando los lados de alta presión (H) y baja presión (L) del transmisor están conectados de manera correspondiente a los lados de alta y baja presión del tubo de medición local, el tubo de conducción de alta presión permanece siempre lleno de agua. La presión medida en el extremo de alta presión del transmisor es P + kPa. Mientras que el lado de baja presión del transmisor está conectado al tubo de conducción de baja presión, la presión medida allí es P – kPa. Por lo tanto, la diferencia de presión real medida por el transmisor es (P + kPa) – (P – kPa) = 2kPa. Cuando el nivel del líquido en el recipiente es el más bajo, el valor de la diferencia de presión es el máximo. Esto corresponde al valor LRV establecido dentro del transmisor, es decir, al punto cero del transmisor. En ese momento, el transmisor emite una corriente de 4 mA. Cuando el nivel del líquido en el recipiente es el más alto, el valor de la diferencia de presión es 0. Esto corresponde al valor URV establecido dentro del transmisor, es decir, al punto máximo del transmisor. En ese momento, el transmisor emite una corriente de 20 mA. Cuando los lados de alta presión (H) y baja presión (L) del transmisor están conectados de manera opuesta a los lados de alta y baja presión del tanque de medición, es necesario realizar modificaciones en la configuración interna del transmisor. Es decir, se debe establecer el valor LRV del transmisor en (P–P+) kPa; este valor es negativo. En otras palabras, independientemente de cómo estén conectados el transmisor y las tuberías de medición, el valor máximo del transmisor corresponderá al nivel máximo del contenido del tanque de medición. La diferencia de presión siempre será 0, por lo que el valor máximo URV del transmisor será de 0 kPa, y la corriente de salida será de 20 mA. Cuando el lado de alta presión del transmisor está conectado al lado de alta presión del tubo de medición, el valor de referencia LRV del transmisor se establece en el valor máximo de la diferencia de presión. Cuando el lado de alta presión del transmisor está conectado al lado de baja presión del tubo de medición, el valor de referencia LRV del transmisor se establece en el valor negativo del valor máximo de la diferencia de presión. III. Requisitos de instalación del transmisor de diferencia de presión Para lograr una medición precisa del nivel del líquido, además de seleccionar y calibrar correctamente el transmisor de diferencia de presión, también es necesario asegurarse de que toda la instalación cumpla con los requisitos establecidos. A veces, la lectura del transmisor no refleja los parámetros reales del medio que se está midiendo, ya que el propio sistema de medición genera errores. Los requisitos de instalación del sistema incluyen: la ubicación de las aberturas para la toma de presión, el tendido adecuado de los conductos de conexión y la posición de instalación del transmisor, entre otros. En primer lugar, la toma de presión debe encontrarse en una zona donde el flujo del fluido sea estable y sin vórtices; además, desde el punto de vista técnico, debe ser posible medir los parámetros del proceso que se deseen obtener. Por ejemplo, al utilizar un transmisor de diferencia de presión para medir el nivel del agua en el tanque de vapor de una caldera, la distribución real del nivel del agua en el eje axial y radial del tanque es diferente. Por lo general, en el eje axial, el nivel del agua es más alto en el centro, mientras que es más bajo en los lados ； En dirección radial, el lado del tubo descendente más denso está en una posición más elevada. En una central eléctrica, el transmisor de nivel del condensador de la turbina presentaba valores erróneamente bajos, ya que el punto de medición se encontraba cerca de la entrada de la bomba de condensación. Esto causaba que el nivel del agua en ese punto disminuyera mientras funcionaba la bomba. Para solucionar este problema, se cambió la ubicación del tubo de medición a una distancia mayor de la entrada de la bomba de condensación. De esta manera, el transmisor de nivel mostró valores acordes con el nivel real del agua, lo que permitió que el condensador funcionara de manera segura y estable. En segundo lugar, al medir el nivel del líquido, el valor de la diferencia de presión medida por el transmisor de diferencia de presión es relativamente pequeño; generalmente, está entre unos pocos kPa y 100 kPa. Por lo tanto, todo el sistema de medición tiene una gran influencia en la precisión de las mediciones. Como se muestra en la Figura 1, al instalar el tubo de transmisión de presión, su sección horizontal debe tener cierto grado de inclinación; cuanto mayor sea esa inclinación, mejor. Esto evita que se acumule líquido dentro del tubo, lo cual podría causar errores en las mediciones. Además, cuando el rango de medición del transmisor es muy pequeño, esto puede provocar fluctuaciones en la señal de salida del mismo. Además, al poner en funcionamiento el transmisor, se debe intentar eliminar tanto como sea posible las burbujas presentes en la columna de líquido del tubo de presión. Estas burbujas pueden afectar la precisión de las mediciones. También se puede considerar la posibilidad de instalar un dispositivo de escape en el punto más alto de la curva en la parte superior del tubo de derivación de presión. IV. Desplazamiento del punto cero del transmisor. Cuando un transmisor de diferencia de presión se utiliza para medir el nivel de líquido, si las cámaras de presión positiva y negativa del transmisor se encuentran al mismo nivel que los puntos de medición en el recipiente, no es necesario realizar ningún desplazamiento. Y en la práctica, por consideraciones relacionadas con la ubicación de instalación del equipo y la facilidad de mantenimiento, no siempre es posible que el transmisor se encuentre al mismo nivel que el punto de medición de presión ； Por ejemplo, si el medio a medir es un líquido altamente corrosivo o de alta viscosidad, no se puede introducir directamente en el transmisor. Es necesario instalar un tanque con líquido aislante, para que este transmita las señales de presión y así evitar que el transmisor se corroa. En este momento, es necesario considerar el impacto de la columna de líquido del medio y del líquido aislante en los valores medidos por el transmisor. Cuando la ubicación de instalación del transmisor no se encuentra al mismo nivel que el nivel más bajo del líquido, para poder indicar correctamente la altura del nivel, el transmisor de diferencia de presión debe someterse a ciertos ajustes técnicos, es decir, a un proceso de desplazamiento. La migración se divide en sin migración, migración negativa y migración positiva. La llamada “migración” del transmisor consiste en desplazar el rango de medición del mismo, manteniendo sin cambios su rango de valoración. Por lo general, cuando el punto de partida de la medición se coloca por debajo del punto de referencia “0”, se denomina desplazamiento negativo ； Desplazar el punto de inicio de la medición por encima del punto de referencia “0” se denomina desplazamiento positivo. Tomando como ejemplo un transmisor de diferencia de presión con rango de 30 kPa, cuando no hay desplazamiento, el rango de medición es de 0 a 30 kPa. Cuando hay un desplazamiento positivo del 100%, el rango de medición es de 30 a 60 kPa. Cuando hay un desplazamiento negativo del 100%, el rango de medición es de -30 a 0 kPa. Cuando hay un desplazamiento negativo del 50%, el rango de medición es de -15 a +15 kPa. En la práctica, primero se debe determinar el rango del transmisor de diferencia de presión. Después de calibrarlo, se utiliza el tornillo de desplazamiento para ajustar el punto de inicio de la medición o la salida en su valor máximo a la posición correspondiente, o bien se introduce directamente el valor de desplazamiento mediante el controlador manual. Por ejemplo: si es necesario medir una diferencia de presión de -30 a 0 kPa, el rango será de 30 kPa. Al calibrar el transmisor, se aplica una presión de 30 kPa en la cámara de presión negativa; luego se ajusta el botón de cero del transmisor de diferencia de presión para que su salida sea de 4 mA ； Luego, sin aplicar presión en la cámara de vacío, se ajusta el botón de rango del transmisor de diferencia de presión hasta que la salida sea de 20 mA. Si se utiliza un controlador manual, se debe establecer el LRV del transmisor en -30 kPa y el URV en 0 kPa. El rango de medición del transmisor de diferencia de presión es igual a la suma del rango de medida y del desplazamiento, es decir, rango de medición = rango de medida + desplazamiento. Por lo tanto, la esencia de la migración positiva y negativa consiste en cambiar los límites superior e inferior del rango del transmisor de diferencia de presión, sin que el tamaño del rango cambie. Basándose en el principio por el cual el transmisor de diferencia de presión mide los desplazamientos positivos y negativos del nivel del líquido, en la práctica es posible mejorar los métodos de medición del nivel, teniendo en cuenta las condiciones de uso del instrumento, las características del proceso en la planta de producción y el entorno circundante. Los transmisores capacitivos producidos por Runzhong Instrument Technology Co., Ltd. cuentan con una alta precisión en las mediciones y son fáciles de configurar. La posibilidad de que el propio transmisor presente fallos es muy baja. Sin embargo, después de un cierto tiempo de uso, si se produce un desvío significativo en las lecturas, o incluso si el transmisor deja de funcionar correctamente, las causas pueden ser obstrucciones o fugas en los tubos de conducción de presión en los lados de alta y baja presión, cambios en la cantidad de líquido utilizado, desviaciones en el punto cero, pérdida del líquido aislante, etc. También puede ocurrir que el transmisor funcione en un entorno de presión negativa, lo cual provoca que el circuito de medición no esté bien sellado y que los gases externos ingresen al sistema de medición. Cuando los valores de salida del transmisor de diferencia de presión son demasiado altos o demasiado bajos, se puede desconectar la tubería de transmisión desde el conjunto de tres válvulas, de modo que el lado a baja presión esté en contacto con el aire atmosférico. Luego, se utiliza una bomba manual para enviar la señal de diferencia de presión al lado a alta presión del transmisor. Se verifica si la salida del transmisor es correcta; es decir, si la corriente de salida está entre 4 y 20 mA, con un error no superior a 0,8 mA. Si la salida del transmisor es correcta, entonces se puede determinar que existe algún obstrucción o fuga en la tubería de transmisión. (Baidu Wenku)