Notas Técnicas

Sistemas de indicación de nivel para calderas, de acuerdo al Código ASME - PARTE 2

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Continuando con el artículo comenzado en la anterior entrega, exponemos en detalle las características de cada tipo de instrumento, y los criterios que deben tenerse en cuenta en su selección e instalación.

Indicador de nivel de vidrio tipo réflex (hasta 350 psig)

La subsección PG.60-1 del código ASME establece que para este tipo de indicadores no se requiere solapamiento entre las distintas secciones del cuerpo, ya que el vidrio tipo réflex provee un contraste fácilmente detectable entre el nivel de líquido (que se ve de color negro) y el vapor (color plateado). Aún cuando el nivel se encuentra en el límite entre dos secciones, el mismo puede ser localizado con facilidad.
Generalmente no requieren la inclusión de accesorios de iluminación. Estos indicadores proveen una visualización clara en áreas con suficiente iluminación ambiente.

Indicador de nivel de vidrio transparente (hasta 2000 psig)

La subsección PG-60.1 del Código establece, para los indicadores que poseen más de una sección, que dichas secciones deben solaparse al menos 1” entre las porciones visibles de cada sección. De esta manera, el menisco que forma la interfase entre el agua y el vapor estará visible en todo momento.
Para estos indicadores se recomienda el agregado de accesorios de iluminación que faciliten la localización del menisco.
Los refuerzos estructurales laterales están prohibidos en los indicadores transparentes, ya que dificultan la visibilidad del menisco.

Indicador de nivel por refracción bicolor (Pmax < 3000 psig)

Los indicadores de nivel bicolor son la única opción de indicación directa para presiones mayores a 2000psi. De todas formas, muchos usuarios optan por utilizarlo incluso en aplicaciones de menor presión, debido a su facilidad en la lectura del nivel.
El mecanismo del indicador funciona basado en la diferencia de refracción de la luz a través del agua o el vapor contenidos en una cámara, entre vidrios colocados en ángulos específicos. Si a través de la cámara pasa el haz rojo, el fluido es vapor, si pasa el haz verde, el fluido es agua.
El indicador debe incluir iluminador para cumplir con los requisitos del Código.

Indicador de sondas de conductividad

El dispositivo consiste en un arreglo de sondas que provee una representación incremental del nivel. Las sondas detectan la presencia de agua eléctricamente, debido a la diferencia de conductividad existente entre el agua y el vapor.
Cada sonda cuenta con su propia unidad de control, la cual tiene salidas de contacto para indicación y para control, permitiendo realizar las dos tareas en un único equipo.
En general se especifica la utilización de dos displays indicadores, uno en campo a nivel del piso, y el otro requerido por norma en la sala de control.

Indicador de nivel magnético

Se considera una indicación indirecta, debido a que no muestra el nivel verdadero del líquido, si no que sigue a un flotante que se desplaza con el líquido.
No puede reemplazar a la indicación directa requerida por Código.
La densidad del agua va a variar a lo largo de todo el rango de presión de operación de la caldera. Este cambio afecta a la fuerza de empuje del líquido y causa que el flotante suba o se hunda respecto del nivel real. La magnitud del error resultante dependerá del valor inicial de la densidad utilizado para el diseño del flotante.
Debido a este error inherente al principio de funcionamiento, la norma permite utilizar indicadores de nivel magnético en aplicaciones de hasta 900 psig (Ref PG-12.2).
El cuerpo del indicador magnético no puede ser utilizado como columna de agua para la conexión de indicadores de vidrio u otros instrumentos requeridos por Código (Ref PG-12.3).
Puede incluir un transmisor 4-20mA para la indicación remota.
Los switches y accesorios que incluya no pueden ser utilizados para acciones de control (Ref. PG-60.1.1.4).
La escala del indicador debe cumplir con los requerimientos de la subsección PG-60.3, respecto a las limitaciones del rango visible (límite inferior de visión 2” por encima del mínimo nivel de agua permitido, etc.).
Las conexiones a la caldera deben ser de ¾” NPS como mínimo. La conexión de drenaje debe ser de ½” NPS como mínimo.
Debe tener válvulas de aislación y drenaje instaladas.

Transmisores de presión diferencial

El transmisor de presión diferencial es el instrumento más popular para el monitoreo de nivel de domo de caldera. Este dispositivo infiere el nivel de agua comparando la presión estática del recipiente con la presión hidrostática que agrega la columna de líquido. Típicamente la referencia estática se obtiene a partir de una cámara conectada a la caldera, llena con el condensado que se genera a partir del enfriamiento del vapor.

Las conexiones de esta cámara, y la de la caldera propiamente dicha, se vinculan a la toma de alta y baja presión del transmisor respectivamente. Es importante mantener las dos entradas al transmisor con la menor diferencia térmica posible, ya que dicha diferencia se traduce en distintas densidades, lo cual sería interpretado erróneamente por el transmisor como una diferencia de nivel. Además, este dispositivo está asociado con transmisores de presión y temperatura, utilizados para compensar las variaciones de densidad del líquido debido a variaciones en las condiciones de operación.

Los transmisores de presión diferencial suelen instalarse en una configuración redundante o triplicada, con el objeto de contar con una medición más segura basada en un esquema de promediado de las lecturas. Generalmente, la alimentación eléctrica para todos los transmisores se toma de una única fuente de tensión, lo cual conlleva el riesgo de perder todas las mediciones en caso de falla del suministro. El uso de más de un instrumento también incrementa la probabilidad de fallas del sistema integral. A pesar de esto, los transmisores proveen una representación analógica continua del nivel, esencial para el control modulante, motivo por el cual es un componente integrante del sistema de control.

Recomendaciones generales

Chequear el nivel de agua en dos o más instrumentos previo al inicio de operación, y verificar y resolver en caso de que se encuentre alguna desviación.
Comparar la exactitud de las indicaciones regularmente durante la operación.
Realizar operaciones de limpieza con vapor vivo (“blowdown”) regularmente, y verificar la rapidez con la que se restablece la indicación de nivel.
Chequear los indicadores de vidrio y confirmar que no existan desviaciones que puedan ser confundidas como nivel de agua.
Es importante mantener al indicador de vidrio limpio y de fácil lectura, incluso si se utilizan indicadores remotos. Considerar que un blowdon excesivo puede generar un desgaste prematuro de los elementos internos del indicador.
Los indicadores de vidrio deben ser iluminados apropiadamente para una fácil observación. En los casos que sea conveniente, especificar iluminadores LED.
Especificar múltiples tecnologías para la indicación remota, para maximizar la confiabilidad ante modos comunes de falla.
Establecer rutinas de mantenimiento y inspección para este sistema de instrumentación de importancia crítica
Todas las cañerías que vinculan a la caldera con los indicadores de nivel deben ser aisladas, para proveer seguridad al personal, incrementar la exactitud en las mediciones, y reducir la formación de condensado excesivo. Las cañerías deberían mantenerse en un largo inferior a 2m.

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