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Nivel: Medidores hidrostáticos de nivel en tanques (HTG)

03 Octubre 2009

El método HTG (Hidrostatic Tank Gauging), es un sistema para conocer el inven­tario en un tanque basado en la medida de presión de la columna de líquido contenido en el mismo,

es decir, la presión hidrostática y la temperatura del líquido. Por medio de cálculos se obtienen los valores de densidad, nivel, masa y volumen de líquido.

 


El HTG hace uso de las medidas de temperatura y presión localizadas en diversos puntos del tanque, tal como aparece en la Figura siguiente. Se utiliza fundamentalmente en tan­ques abiertos, o lo que es igual, a presión atmosférica, porque aunque en teoría se pue­de compensar la presión estática de un recipiente cerrado, el error que se puede intro­ducir hace dudosa la exactitud en el resultado de los cálculos.


Aunque este sistema utiliza una gran cantidad de parámetros y cálculos, en este apartado sólo vamos a ver los conceptos y ecuaciones básicas para calcular los siguientes valores:

Masa = Pinf * Área

Densidad = (Pinf - Pmed) / h

Volumen = Masa / Densidad

Nivel = Z + Pinf / (g * Densidad)

Cálculo de las variables de proceso

La gravedad del lugar donde se encuentra instalado el tanque se calcula a partir de la altitud (A) y latitud (L) correspondiente de acuerdo a la fórmula dada por la Organi­zación Internacional para Metrología Legal (OIML), Boletín 94, marzo 1984.

g = 9,7803185 *(1+ 0,005278895 sen2 L + 0,00023462 sen4L) - 0,000003086A [n/seg2]

 

Una vez conocido «g», el factor «ge» se obtiene en función de la gravedad están­dar como:

ge = %80665/g

La densidad del aire (pa), a temperatura ambiente (Tamb), y elevación local (A), es:


 

Con el valor «ge» calculado anteriormente y las medidas de presión inferior y media dadas en mm CA (kg/m2), se obtienen la densidad a condiciones de operación del producto y la densidad verdadera en el vacío.

 

Con los datos obtenidos se puede calcular el nivel de líquido como:

Conociendo el área de la superficie de líquido, y suponiendo que el tanque es cilin­drico, se puede calcular la masa total (MasaT) de producto contenido en el tanque sumando las que existen por encima (MasaH) y por debajo (Masaz) de la toma inferior de presión.

Por último, el volumen de líquido a condiciones de operación se calcula como:

 

Veamos un ejemplo simple para cálculo de variables de proceso en un tanque a presión atmosférica como el de la Figura 3.19, cuyas características son las siguientes

 

Latitud = 38° 40' L = 38,666°

Altitud = 700 m sobre el nivel del mar

Diámetro = 48 m

Altura = 15 m

Dist. Z = 0,5 m

Dist. H = 2,0 m

Tamb. = 20 °C

Tprod. = 18°C

Pinf = 9.500 kg/m2 (mmCA)

P med = 7.800 kg/m2 (mm CA)


 

Datos calculados

G = 9,7986 m/seg2

Ge = 9,80665/G= 1,00081

pa = 1,108 kg/m3

pF = 849,3 kg/m3

pv = 850,4 kg/m3

Nivel = 11.680 m

Área = 1.809,55 m2

Volz = 904,778 m3

MasaH = 17.204.649 kg

Masaz = 769.423 kg

MasaT = 17.974.072 kg

Volf = 21.136,02 m3


El volumen está calculado a la temperatura del producto, es decir, a 18 °C. Si se desea obtener el volumen a 15 °C hay que calcular el factor de corrección de volumen (VCF). Utilizando las ecuaciones que aparecen en la norma API 2540 (ASTM D-1250), Volumen X Tablas 5A o 5B o sus equivalentes en unidades métricas, 54A o 54B. Según estas tablas, la relación entre las densidades a condiciones de operación y de referencia, o factor de corrección de volumen, se basa en el cálculo siguiente:

 


donde: AT = TF - 15

 

 

 

Los valores K0 y K1 dependen del tipo de producto almacenado en el tanque. Una vez obtenido el valor del factor VCF se calcula el volumen a 15 °C como sigue:

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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