C2_Medición de presión y almacenamiento.pptx

Medición de presión y tanques y contenedores

1. MEDICIÓN DE PRESIÓN Y ALMACENAMIENTO DE FLUIDOS 1.4. Dispositivos para la medición de la presión de un fluido. 1.5. Clasificación de los sistemas de almacenamiento de fluidos.

2. OBJETIVOS Explicar los principios de funcionamiento de los dispositivos de medición de presión, así como las características y aplicaciones de la clasificación de los sistemas de almacenamiento de fluidos, con miras a su correcta selección en procesos industriales. Seleccionar el manómetro y el sistema de almacenamiento de fluidos adecuados, considerando las variables de operación y las normativas de seguridad, con respecto a una aplicación específica en la industria. Demostrar una actitud crítica y responsable al evaluar los riesgos asociados con la medición de la presión y el almacenamiento de fluidos, proponiendo medidas de seguridad en función de la protección del personal y el medio ambiente. 16/8/2025 2

3. PRESIÓN La presión se define como una fuerza normal ejercida por un fluido por unidad de área. Se habla de presión sólo cuando se trata de un gas o un líquido. La presión en cualquier punto en un fluido es la misma en todas direcciones; tiene magnitud pero no una dirección específica, es una cantidad escalar. La presión atmosférica es la presión normal que generan las capas de aire sobre la superficie de la tierra, la presión manométrica es una medida de la fuerza por unidad de área ejercida por un fluido, la presión de vacío es una presión menor que la presión atmosférica y la presión absoluta es la fuerza total por unidad de área ejercida por un fluido. 16/8/2025 3

4. PRESIÓN La diferencia de presiones entre dos puntos a distintas alturas (cotas) en un líquido viene dada por. Si el punto 1 está en la superficie libre del líquido y h es positiva La altura de presión h representa la altura de una columna de fluido homogéneo La presión parcial que generan las moléculas de vapor se llama presión de vapor . Las presiones de vapor dependen de la temperatura. 16/8/2025 4

5. 16/8/2025 5

6. El manómetro es un dispositivo medidor de presión que emplea la relación entre un cambio en la presión y un cambio en la elevación en un fluido estático. El manómetro consiste en un tubo que contiene un líquido llamado fluido manométrico, el cual no se mezcla con aquel cuya presión se va a medir. Los fluidos manométricos comunes son el agua, mercurio y aceites ligeros coloreados. El fluido del instrumento se ve desplazado de su posición normal por la acción de la presión que se mide. Se utiliza la ecuación Δ P= γ h para escribir expresiones de los cambios de presión en el manómetro. MANOMETROS 16/8/2025 6

7. Comience a partir de un extremo del manómetro y exprese la presión de forma simbólica ( P A ). Si un extremo se encuentra abierto, la presión es la atmosférica, y se toma como la presión manométrica cero (0) . Sume términos que representan los cambios en la presión con la ecuación Δ P= γ h. Para esto, se procede desde el punto inicial e incluyendo cada columna de cada fluido por separado. Cuando el movimiento de un punto a otro es hacia abajo, la presión se incrementa y se suma el valor de Δ P . A la inversa, cuando el movimiento de un punto al siguiente es hacia arriba, la presión disminuye y se resta Δ P . Este proceso continua hasta que se alcanza el otro punto extremo del manómetro. El resultado es una expresión para la presión en ese punto extremo. Iguale esta expresión con el símbolo para la presión en el punto final, el resultado es la expresión completa para el manómetro. Ecuación para un manómetro 16/8/2025 7

8. Finalizado el procedimiento anterior, resuelva la ecuación en forma algebraica para la presión deseada en un punto dado o la diferencia de presión entre dos puntos de interés. Introduzca los datos conocidos y despeje para la presión deseada. Algunos de los manómetros disponibles comercialmente se presentan a continuación: Tubo piezométrico (piezómetro). Manómetro de tubo en U. Manómetro diferencial. Manómetro tipo pozo. Manómetro tipo pozo inclinado. Manómetro de vació. Ecuación para un manómetro 16/8/2025 8

9. Medición de presión; Aparatos El dispositivo más simple para medir presiones es el tubo piezométrico , o simplemente piezómetro. Consiste en la inserción de un tubo transparente en la tubería o recipiente donde se quiere medir la presión. El lí­quido subirá en el tubo piezométrico hasta una altura h, correspondiente a la presión interna. 16/8/2025 9

10. Medición de presión; Aparatos El tubo en "U", que se aplica ventajosamente para medir presiones muy pequeñas o demasiado grandes para los piezómetros. Para medir pequeñas presiones se utiliza generalmente el agua, el tetra cloruro de carbono o la gasolina en cambio, el mercurio se usa con preferencia en el caso de presiones elevadas. Todas las presiones son manométricas Entre 3 y 4 hay una disminución de presión 16/8/2025 10

11. Medición de presión; Aparatos El manómetro diferencial indica la diferencia entre la presión en dos puntos, pero no el valor real en alguno de ellos . Un fluido manométrico con peso específico muy cercano al del fluido en el sistema hace del manómetro un instrumento muy sensible. Una presión diferencial pequeña ocasiona un desplazamiento grande de la columna del fluido del instrumento, esto permite una lectura muy exacta. Realice las conversiones de unidades necesarias 16/8/2025 11

12. Medición de presión; Aparatos El manómetro tipo pozo cuando se aplica una presión sobre este instrumento, el nivel del fluido en el pozo baja una pequeña distancia, en tanto que el de la rama derecha sube más, en proporción a la razón de las áreas del pozo y del tubo. Se coloca una escala a lo largo del tubo, de modo que la deflexión se lee en forma directa. La escala se calibra para tomar en cuenta la caída pequeña en el nivel del pozo. La condición requerida para una lectura directa es: A 1 A 2 16/8/2025 12

13. Medición de presión; Aparatos El manómetro tipo pozo inclinado tiene las mismas características que el anterior, pero ofrece sensibilidad mayor al colocar la escala a lo largo del tubo inclinado. La longitud de la escala se incrementa como función del ángulo de inclinación del tubo ( θ ), alrededor de 30°. la relación de la longitud de la escala L a la deflexión del manómetro h es: a b 16/8/2025 13

14. Medición de presión; Aparatos El manómetro de vacío está diseñado para medir presiones absolutas inferiores a la atmosférica, se utiliza para medir presiones absolutas de entre 10 o 15 mm de mercurio. Consta de un tubo de vidrio cerrado por un extremo y doblado en forma de S, el otro extremo conecta con un tubo horizontal donde se toma el gas cuya presión se desea medir. El mercurio se ha introducido en el manómetro tal que descansa sobre el extremo cerrado del tubo, asegurando que la superficie libre de mercurio que se apoya en él se encuentra siempre a presión cero. Una llave en la parte central del tubo se mantiene normalmente cerrada para evitar la pérdida del mercurio y sólo se abre en el momento de la medición. Para medir, se tapa uno de los extremos del tubo horizontal de vidrio, y el otro extremo se conecta al gas en estudio; finalmente, se abre la llave. La diferencia de niveles de las dos superficies libres del mercurio, leída sobre una escala graduada en milímetros, da la presión absoluta del gas. 16/8/2025 14

15. Medición de presión; Aparatos La mayoría de los manómetros utilizados en la industria son de carátula tipo C de tubo Bourdon . En ellos el fluido hace que se expanda o contraiga un tubo flexible en "C", que a su vez está conectado a un puntero. Todos los manómetros deben de estar calibrados de tal manera que mar­quen cero a la presión atmosférica del lugar. En el caso de los manóme­tros que miden presión de vacío, llamados vacuómetros, también deben marcar cero a la presión atmosférica del lugar. El medidor de vacío de presión ácida mide la presión y la presión negativa del ácido nítrico y el medio líquido alcalino 16/8/2025 15

16. Medidores de Presión Absoluta Los medidores de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un fuelle sellado al vacío absoluto. El movimiento resultante de la unión de los dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido. 16/8/2025 16

17. Transductores de Presión Un transductor de presión , o sensor de presión, es un dispositivo capaz de medir la presión en un punto y mostrar el valor en otro. Un transductor de presión detecta la presión y la convierte en una señal eléctrica que se transmite a una estación central digitalizada. Existe una amplia variedad de transductores de presión para medir presiones manométricas, absolutas y diferenciales, en una numerosa gama de aplicaciones. Los transductores de presión son de uso común para medir la presión cuando se generan señales analógicas por lo general en el rango de 4 mA hasta 20 mA, o 0 V-cd hasta 10 V-cd, como respuesta a la presión aplicada. 16/8/2025 17

18. Transductores de Presión Algunos de los transductores disponibles comercialmente se presentan a continuación: Transductor de presión medidor de tensión. Transductor tipo LVDT (transformador diferencial lineal variable). Transductores piezoeléctricos. Transductores de resonador de cuarzo. Sensores de estado sólido. Medidor de McLeod. Transductores térmicos. Transductores de ionización. Transductores de cátodo frio. 16/8/2025 18

19. Transmisores de Presión Los transmisores de presión son sensores con un sistema electrónico adicional que compensan las desviaciones del transductor de presión y facilitan los resultados de medición en forma de señales normalizadas. Gracias a un sistema electrónico adicional, compensan desviaciones de linealidad y errores de temperatura y facilitan resultados de medición en forma de señales estándar. Cada transmisor se mide a lo largo de toda la curva de presión y temperatura ajustándose al margen de señal deseado. 16/8/2025 19

20. Transductores y transmisores de Presión Strain gage pressure transducer Rosemount 3051 presure transmiter 16/8/2025 20

21. BARÓMETRO La presión atmosférica se mide con un instrumento llamado barómetro. Con frecuencia se hace referencia de la presión atmosférica como presión barométrica. Una unidad de presión que se usa con frecuencia es la atmósfera estándar, la cual se define como la presión producida por una columna de mercurio de 760 mm de altura a 0°C ( ρ Hg =13 595 kg/m 3 ) bajo la aceleración gravitacional estándar (g= 9.807 m/s 2 ). 16/8/2025 21

22. Almacenamiento de fluidos El almacenamiento de líquidos en recipientes o tanques es una práctica esencial y fundamental que abarca diversos sectores de la industria, como alimentos, químico, farmacéutico, cosmético, pinturas, agroquímicos, entre otros. Estos sistemas permiten el resguardo, la manipulación segura y el suministro eficiente de diferentes tipos de fluidos, desde agua y productos químicos hasta, gases industriales, petróleo y sus derivados. Los tanques de almacenamiento facilitan el suministro constante, la autonomía y control de la materia prima y/o producto terminado, permite acceso inmediato a materiales o sustancias y evitan la evaporación y contaminación del producto almacenado. Todas estas variables se podrán controlar mejor dependiendo de la instrumentación y automatización instalada en el equipo 16/8/2025 22

23. Tipos de tanques de almacenamiento Según su material de fabricación: Acero inoxidable Acero al carbono Fibra de vidrio Plásticos El material se define según la necesidad, normatividad y criterio del diseñador . 16/8/2025 23

24. Tipos de tanques de almacenamiento Según la forma del equipo: Horizontales Verticales Cilíndricos Esféricos La forma se define según el espacio disponible y la presión de operación 16/8/2025 24

25. Tipos de tanques de almacenamiento Según su funcionamiento: Atmosféricos Presurizados Enchaquetados o con serpentín (calentamiento o enfriamiento) Agitados (homogenización del producto) Inertizados (atmósfera de nitrógeno) El funcionamiento está asociado al proceso del que formen parte y requerimiento del producto a almacenar. 16/8/2025 25

26. Características técnicas Los tanques de almacenamiento pueden fabricarse con materiales, diseños y geometrías según los requerimientos de cada proyecto, pero de manera general deben poseer ciertas características técnicas. El cálculo, diseño, fabricación, inspección e instalación deben estar basados en la o las normas aplicables según la industria, aplicación, condiciones de operación etc. Se aplican normas como API 650 para tanques de almacenamiento de petróleo y sus derivados, código ASME para recipientes a presión, UL 142 para almacenamiento de líquidos inflamables, la EN 14015 (Norma europea) para tanques verticales de acero soldados. La norma API 620 se aplica a grandes tanques horizontales o verticales soldados en campo, diseñados para operar a presiones internas mayores que las cubiertas por la API 650, hasta 15 psi. Además, existen normativas específicas para tanques soterrados, como la UL 58 , y para estaciones de servicio, como la NFPA 30 y la NFPA 30A . Al seleccionar y utilizar tanques para el almacenamiento de líquidos, se debe considerar las propiedades de los líquidos que se van a almacenar, asegurando que el tanque cumpla con las normas, códigos y regulaciones aplicables. 16/8/2025 26

27. Características técnicas Existen diferentes formas de soportar los tanques de almacenamiento de líquidos según la necesidad o el diseño del espacio o del proceso: Sobre silletas, aplicable para tanques horizontales Sobre columnas o patas Sobre ménsulas (Elemento perfilado con diversas molduras, que sobresale de un plano vertical y sirve para recibir o sostener algo). Sobre el mismo fondo, aplicable para tanques de fondo plano. De acuerdo a la acción del entorno al que se expondrá y del producto que almacenará el tanque, los principales parámetros de diseño son: Presiones de trabajo, sea positiva o negativa (vacío) Las condiciones de temperatura La resistencia a la corrosión La resistencia mecánica Sismo resistencia en caso de aplicar Acabados superficiales Fluidez del producto a almacenar, Si el material es acero inoxidable, las calidades más empleadas son AISI-316L y AISI-304. 16/8/2025 27

28. Características técnicas En los tanques de almacenamiento generalmente se incluyen sistemas de instrumentación, control y monitoreo de parámetros. Estas son herramientas fundamentales para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente de los tanques. Estos sistemas permiten supervisar y controlar parámetros importantes, como nivel de líquido, presión, temperatura, detección de fugas, entre otros. Hay principios o criterios de diseño y fabricación de tanques de almacenamiento que son fundamentales para garantizar la seguridad, durabilidad y eficiencia de dicho almacenamiento de líquidos como, por ejemplo: Selección de material Diseño y calculo estructural Consideraciones de capacidad Diseño de fondo y tapa/techo Variables a controlar (Nivel, presión, temperatura, etc.) Sistemas de drenaje y ventilación Protección contra incendios Inspección y mantenimiento. 16/8/2025 28

29. Aplicaciones industriales En términos generales los tanques de almacenamiento se usan en cualquier rama de la industria, donde almacenan diferentes sustancias con toda la seguridad e inocuidad que se requiere en los distintos procesos en los que intervienen estos dispositivos de almacenaje. Algunos de los tipos de líquidos comunes y sus características son: Agua Alimentos y bebidas Productos químicos Productos químicos agrícolas Petróleo y derivados 16/8/2025 29

30. Aplicaciones industriales Agua: Es de los líquidos más almacenados, puede ser potable, desmineralizada, de proceso industrial, para uso farmacéutico, refrigeración, entre otros. El principal requisito para almacenar agua es, que debe ser fabricado con materiales no corrosivos, acero inoxidable preferiblemente. Alimentos y bebidas: En la industria alimentaria, se almacenan líquidos como aceites comestibles, jugos, leche, vino, cerveza, entre otros. Es fundamental que los tanques utilizados para este tipo de almacenamiento cumplan con estándares de higiene, inocuidad, seguridad alimentaria junto con características de diseño como acabados superficiales, geometría del fondo, cumplimiento de normas de la industria, instrumentación de control y seguridad, etc. 16/8/2025 30

31. Aplicaciones industriales Productos químicos: Existen variedad de estos productos que requieren un almacenamiento seguro; estos pueden incluir ácidos, bases, solventes, productos farmacéuticos entre otros. Se deben tomar en cuenta características como corrosividad, toxicidad, inflamabilidad, y reactividad, lo que demanda precauciones adicionales en el diseño y fabricación del tanque. Productos químicos agrícolas: Productos como fertilizantes , pesticidas, herbicidas entre otros, estos líquidos pueden ser corrosivos y/o tóxicos, requiriendo precauciones adicionales en el diseño y construcción. Petróleo y derivados: Utilizados ampliamente para el almacenamiento de crudo y derivados como la gasolina, Diesel, queroseno, aceites lubricantes, entre otros. Estos líquidos suelen ser inflamables por lo que requieren medidas adicionales de seguridad, como sistemas de prevención y extinción de incendios. 16/8/2025 31

32. Tanques para fluidos Los tanques de almacenamiento se colocan fuera de los límites de la batería de proceso en las áreas destinadas para tanques. Sus tamaños se miden en unidades de la capacidad de los equipos de transporte asociados a ellos: vagones cisterna de 34,500 galones, camiones cisterna de 8,000 galones, etc. Generalmente se diseñan y construyen al menos 1.5 veces los tamaños de los equipos de transporte asociados a ellos. Los tanques o recipientes para almacenamiento de fluidos son construidos considerando un espacio libre en la parte superior para dar cabida al vapor del líquido producido por el efecto de la presión de vapor. Este espacio de cabeza comúnmente representa un 15% para recipientes por debajo de 500 galones y 10% para capacidades por encima de los 500 galones. Las prácticas comunes de construcción para tanques de almacenamiento de líquidos son: Para menos de 1,000 galones, se utilizan tanques verticales montados sobre patas. Entre 1,000 y 10,000 galones, se utilizan tanques horizontales montados sobre cimientos de hormigón. Para más de 10,000 galones, se utilizan tanques verticales montados sobre cimientos de hormigón. 16/8/2025 32

33. Tanques para fluidos Los líquidos con altas presiones de vapor, los gases licuados y los gases a alta presión se almacenan en recipientes horizontales alargados, y con menos frecuencia en recipientes esféricos. Los gases se almacenan a presión prácticamente atmosférica en gasómetros con techos flotantes sellados con líquido en una doble pared. Los gases licuados se mantienen a temperaturas subatmosféricas mediante refrigeración externa o autorrefrigeración, donde los vapores generados se comprimen, condensan, enfrían y devuelven al almacenamiento. Los líquidos almacenados a presión cercana a la atmosférica están sujetos a pérdidas por respiración: a medida que el tanque se enfría durante la noche, se aspira aire, se vaporiza hasta la saturación y la mezcla de vapor se expulsa a medida que el tanque se calienta durante el día. Los líquidos volátiles , como la gasolina, sufren una pérdida de material y también un cambio en su composición debido a la pérdida selectiva de componentes más ligeros. 16/8/2025 33

34. Tanques para fluidos Los tanques para líquido suelen colocarse en horizontal y los separadores gas-líquido en vertical, aunque los tanques de reflujo con gas como producto de cabeza suelen ser horizontales. Para el diseño de tanques la relación longitud-diámetro (L/D) oscila entre 2,5 y 5,0, siendo los diámetros menores correspondientes a presiones más altas. Existe una dependencia aproximada de la presión con la relación L/D. En la industria no solamente se utilizan tanques para almacenar materiales sólidos, líquidos o gaseosos, son empleados además como parte de diversos equipos de procesos tales como torres de absorción, de destilación, reactores y una amplia gama de equipos para procesos unitarios. P (psig) 0 - 250 251 - 500 501 + L/D 3 4 5 16/8/2025 34

35. BIBLIOGRAFIA Çengel. Y., & Cimbala. J. (2006). Mecánica de Fluidos.(1 ra Edición). Editorial Mc. Graw-Hill. Valiente Barderas, A. (1998). Problemas de flujo de fluidos. España: Limusa. Mott, R. L. (2006). Mecánica de Fluidos 6/e. México: Pearson Educación. Walas , S. M. (1990). Chemical Process Equipment: Selection and Design.  Singapur : Butterworths. Lassen, G. (2024). grupolassen.com. Obtenido de https://grupolassen.com/optimizando-el-almacenamiento-de-liquidos-perspectivas-y-particularidades/ 16/8/2025 35