Variables de procesos

Mediciones e Instrumentación Industrial.

CAPÍTULO VII 7.- VARIABLES DE PROCESO

Las variables de proceso son magnitudes tales como presión, flujo, nivel, etc., que van a ser controladas o supervisadas. El entendimiento del comportamiento de las variables de proceso involucradas en una medición permite una adecuada selección de la instrumentación a ser implantada en un proceso industrial.7.1.- Densidad.
La densidad (ρ) se define como la masa de un material por unidad de volumen.
ρ= masa volumen

[kg m ]
3

(7.1)

La densidad de una sustancia varía con la temperatura, presión y composición de la misma. En términos generales, la densidad disminuye al aumentar la temperatura (aunque este no es el caso del agua), y aumenta al incrementarse la presión. En el caso de loslíquidos, la densidad varía principalmente debido a la temperatura, y no a la presión. Cuando la densidad de un líquido no varía significativamente con la presión, se dice que el líquido es incompresible. Una variable que se usa mucho para expresar la densidad de los líquidos y gases, es la gravedad específica (densidad relativa), la cual se define como la relación entre la densidad de la sustancia y ladensidad de una sustancia tomada como referencia a condiciones estándar de temperatura y presión (60 ºF y 14,7 psia (15 ºC y 1 atm)).
GE = ρ ρ ref

(7.2)

En el caso de líquidos:
ρ ref = ρ agua = 1 g/cm 3

y para los gases,
ρ ref = ρ aire = 1,29 ⋅10 -3 g/cm 3

Otra variable utilizada para expresar la densidad, es la gravedad API (American Petroleum Institute), que se utilizaprincipalmente para indicar la gravedad del petróleo crudo. La relación entre la gravedad API y la gravedad específica, viene dada por:

__________________________________________________________________________________________ Prof. Juan Calderón Prof. Yamilet Sánchez Montero - 65 -

Mediciones e Instrumentación Industrial.
o

⎛ 141,5 ⎞ API = ⎜ ⎟ − 131,5 ⎝ GE ⎠

(7.3)

El volumen específico esotra variable asociada con la densidad. La relación entre densidad y volumen específico es:
v= 1 ρ

(7.4)

7.2.- Viscosidad.
La viscosidad es la fricción interna de un fluido. También se define como la resistencia que ofrece un fluido a fluir. La viscosidad según Newton viene definida como la relación entre esfuerzo cortante por unidad de área (F/A), entre velocidad cortante por unidad deespesor (V/L) de una capa de fluido.
µ= A V L F

(7.5)

La unidad de viscosidad es el Poise (1 P = 1 g/cm.s). La viscosidad es un factor importante, pues de ella depende el régimen de un fluido dentro de una tubería, y de esto a su vez dependen la dinámica del proceso y la selección del tipo de instrumento adecuado para medir flujo. En una tubería se pueden encontrar dos tipos de flujo: laminary turbulento. En el flujo laminar, el fluido se desplaza en forma de laminas que se deslizan una sobre otra, formando un perfil parabólico de velocidades a lo largo de la sección transversal de la tubería. En el régimen turbulento el fluido se desplaza con un perfil de velocidades plano a lo largo de la sección transversal de la tubería. En el flujo turbulento se crean vórtices o remolinos quehacen que el fluido se mezcle. La existencia de un tipo de flujo u otro, dentro de una tubería, depende de una cantidad adimensional denominada número de Reynolds (Re), el cual se calcula como:
Re = ρ⋅ν⋅d µ

(7.6)

donde: ν = velocidad del fluido. d = diámetro de la tubería. Si 0 < Re < 2000, se está en presencia de flujo laminar, y si Re > 3000 se está en presencia de flujo turbulento. Si elnúmero de Reynolds está comprendido entre 2000 y 3000, el flujo puede ser laminar o turbulento, o una transición entre ambos. En la práctica, la mayoría de los diseños se realizan para que exista régimen turbulento, y con Re > 10000. De acuerdo al tipo de flujo que se tenga en una tubería, se puede estimar la distancia mínima a la que debe ser colocado un medidor de flujo de un cambio brusco de...