Dispositivos de medida

El dispositivo experimental dispone de equipos de medición de la temperatura, presión, caudal y densidad en distintos puntos. En este apartado se detallarán todos los equipos de medida que posee la instalación experimental diseñada.

5.3.1. Caudales

Se han utilizado dos caudalímetros másicos de tipo Coriolis MicroMotion (figura 5.15) para la medida del caudal en el circuito de solución en el intervalo 0-2700 kg.h-1, modelo del sensor FC25S y transmisor de densidad y caudal multi-variable modelo 2700. Además del caudal másico, miden también la densidad y la temperatura de la solución, con una incertidumbre en la medida del caudal de 0.2%, en la medida de la densidad de 2 kg.m-3 y 0.01ºC en la medida de la temperatura. Además poseen un convertidor Hart a 4-20mA marca Rosemount Emerson que permite la comunicación con el sistema de adquisición de datos.

Para medir el caudal del agua de enfriamiento se ha utilizado un caudalímetro volumétrico Tecnofluid (figura 5.16), modelo Covol CP420LC de acero inoxidable con un rango de 0-350 l.h-1 y una precisión del 0.8% sobre el fondo de escala.

Figura 5.15. Caudalímetros másicos de tipo coriolis

de la instalación experimental: (a) C1; (b) C2. Figura 5.16. Caudalímetro volumétrico para el agua de enfriamiento.

5.3.2. Concentración de solución

Los caudalímetros másicos de tipo coriolis que se han mencionado anteriormente, también permiten determinar de manera indirecta la concentración de la solución a la entrada y la salida del absorbedor. La concentración de la solución se determina a partir de la densidad de la solución y su temperatura, mediante la correlación de la densidad de una solución acuosa de nitratos alcalinos en función de la temperatura y la concentración (Capítulo 3, sección 3.2.3).

5.3.3. Temperatura

Para medir todas las temperaturas del sistema se han colocado termoresistencias de platino PT100 marca Aplitex de 4 hilos con tolerancia DIN 1/3. El dispositivo experimental dispone de 13 puntos de medición de temperaturas para poder realizar los balances de energía y control de los equipos y para evitar la cristalización de la solución:

o Entrada y salida de la solución del absorbedor.

o Entrada y salida del agua de enfriamiento del absorbedor. o Entrada del vapor de agua al absorbedor.

o Salida de los intercambiadores de calor y del baño termostático BT1. o En todos los depósitos.

Para aumentar la precisión de las sondas de temperatura se ha llevado a cabo una (a)

de calibración de termómetros industriales (Laboratorio de Propiedades Termofísicas CREVER, 2009). Como temperatura de referencia se ha tomado la de una termoresistencia de precisión DIN 1/10 calibrada en un laboratorio acreditado de la Universidad de Valladolid, siendo la incertidumbre de la calibración de  10 mK. La lectura de las temperaturas se ha realizado en el termómetro de precisión F250 Mk II. La incertidumbre en el valor de las temperaturas asociada al conjunto termómetro sondas calibradas es de  0.02ºC.

5.3.4. Presión

La presión de operación del absorbedor y del generador se miden con dos transmisores de presión Meitesch que miden en el intervalo de 0-5 bar absolutos (figura 5.17). Estos sensores están situados en la parte superior tanto del absorbedor como del generador, y poseen una precisión de 0.04 % del fondo de escala. Los materiales en contacto con el fluido de proceso son de acero inoxidable AISI-316L, con el fin de evitar cualquier tipo de corrosión por el vapor de agua. El material de la junta es de Acrilnitrilo butadieno. Ambos transmisores de presión también permiten estimar la presencia de incondensables, si se presenta una desviación entre la presión leída por el transmisor de presión y la presión de saturación en las condiciones de temperatura y concentración de solución en el generador, la diferencia entre ambas se atribuye a la presencia de incondensables.

También, se han utilizado 3 manómetros de vacío de menor precisión marca Nuova Fima serie “inox” MGS18-DN 63 con un intervalo de -1 a 5 bar absolutos para monitorizar la presión en el generador, el depósito de preparación de solución D1, en el

depósito de control de concentración D2 y en el bypass de la bomba. El objetivo

principal de estos manómetros es indicar un valor aproximado de la presión, no son utilizados para cálculos por lo cual son de menor precisión.

Cabe destacar que todos los medidores de presión (así como también el resto de los componentes) colocados en el dispositivo experimental deben ser capaces de soportar presiones por encima del rango de medida, mayores a las presiones atmosféricas que se alcanzarán cuando se presurice el depósito al introducir nitrógeno seco.

(a) (b)

5.3.5. Indicadores de nivel

Los depósitos D1, D2 y el generador de vapor llevan indicadores de nivel (L1, L3 y L2,

respectivamente) con el fin de visualizar la altura del nivel de líquido que contienen en su interior (figura 5.18). Para el generador y el depósito D1, es indispensable la

visualización del nivel de líquido para garantizar que las resistencias eléctricas estén completamente sumergidas en el líquido. En el caso del indicador de nivel L3 del

depósito D2, su objetivo es estimar la cantidad de agua que se requiere introducir o

retirar del circuito de solución en el procedimiento de fijar la concentración de solución (sección 5.7.2.4). Sin embargo, el cálculo exacto de la cantidad de agua que se añade o se extrae del circuito se determina a partir de la concentración de solución que miden los caudalímetro másicos de tipo coriolis. Las mediciones de nivel L1, L2 y L3 se

utilizan para visualización y evaluación, no son empleadas en cálculos, por lo cual son de menor precisión.

Los indicadores de nivel consisten en tubos de ¼ de pulgada de diámetro fabricados en Nylon, capaces de soportar las altas temperaturas del proceso, conectados a codos y válvulas de acero inoxidable de ¼ de pulgada que se ubican a los laterales de cada depósito.

(a) (b) (c)

Figura 5.18. Indicadores de nivel: (a) L1: Depósito D1; (b) L2: Generador; (c) L3: Depósito D2.

5.3.6. Regulador electrónico de la temperatura del generador

Como se ha mencionado anteriormente, la presión de operación del absorbedor se controla a través de la temperatura de la solución en el generador. El regulador de temperatura del generador es el responsable de controlar la potencia de las resistencias eléctricas (RG1 y RG2) del generador en función de la temperatura medida por la PT3

ubicada en la fase líquida del generador. Este regulador consiste en un controlador electrónico digital con regulación proporcional integral derivativo PID de acción sencilla de marca OSAKA modelo OK-31 (figura 5.19). El control PID del instrumento optimiza la regulación en caso de perturbaciones en el proceso.

El regulador de temperatura está ubicado en el cuadro de mando eléctrico del dispositivo experimental. El valor de la temperatura del generador, queda visualizado en la interfase del regulador.

5.3.7. Convertidor de frecuencia

El caudal de solución a la entrada del absorbedor es una de las variables de mayor interés en la operación del absorbedor y en el desarrollo de la película descendente. La bomba de solución es la responsable de trasladar el caudal de solución desde el generador de vapor hasta el absorbedor. Para regular la velocidad giratoria del motor de la bomba se ha empleado un convertidor de frecuencia ABB modelo ACS150. Este dispositivo permite fijar la velocidad de giro del motor eléctrico de la bomba, variando desde cero hasta velocidades requeridas y observar la frecuencia en su pantalla.

A pesar de que el caudal de solución se ajusta a través del convertidor de frecuencia, el valor del caudal de solución a las condiciones de operación fijadas se registra a través del caudalímetro másico (coriolis 1).

Figura 5.19. Regulador electrónico digital empleado

para el control de la temperatura del generador. Figura 5.20. Convertidor de frecuencia de la bomba de solución.

5.3.8. Sistema de adquisición de datos

El sistema de adquisición de datos recopila todas las variables registradas mediante los equipos de medida mencionados anteriormente. Las señales de todos los equipos se han conectado al adquisidor de datos Agilent 34972 (figura 5.21), y éste a su vez a un ordenador con un software que permite visualizar, manipular y registrar las variables de interés para los cálculos y análisis posterior.