Apéndice C — NOM-017-CRE-2019, Métodos de medición de variables para el cálculo del porcentaje de energía libre de combustible y procedimiento para la evaluación de la conformidad.

Apéndice C

(Normativo)

Requisitos para la medición de presión y temperatura de fluidos.

C.1 Introducción.

Las Centrales Eléctricas requi eren, para el control de su proceso, medir presión y temperatura en diversas

etapas, desde la recepción de combustible, su transporte, producción de vapor para producir energía térmica

y energía eléctrica, hasta la liberación de los desechos del proceso. E l nivel de incertidumbre de los

instrumentos utilizados para medir temperatura y presión deben estar acordes con el nivel de incertidumbre

esperado en la producción de energía eléctrica y/o térmica.

Los instrumentos comúnmente utilizados para medir presión y temperatura son del tipo transmisores, esto

es debido a su capacidad de comunicación y convertir señales de presión y temperatura en señales eléctricas,

señales que son enviadas a una computadora en donde se procesan para estimar flujo y energía.

El flujo de vapor de agua puede ser medido con transmisores de presión diferencial en diversos tipos de

medidores de flujo y la temperatura del vapor con transmisores de temperatura con sensor de resistencia de

platino o tipo termopar. Debido a que las centrales de generación eléctrica tienen sus instalaciones al aire

libre, los transmisores de presión y temperatura que se utilicen deben de contar con compensación térmica

que permita mantener identificadas las condiciones reales de trabajo.

Las condiciones de tra bajo deben ser tomadas en cuenta al momento de elegir la ubicación de los

instrumentos de medición, desde el diseño, construcción y puesta en marcha de la central. Dentro de la

instrumentación permanente de la central se encuentra la utilizada para las med iciones del proceso,

conexiones, condensadores, columnas de agua, mediciones redundantes, cambios en localización,

aplicabilidad, correcciones ambientales, inspección de columnas de agua.

C.2 Instrumentación.

La instrumentación se clasifica en primaria y s ecundaria. La instrumentación primaria se refiere a aquélla

que mide los valores necesarios para los cálculos, mientras que la secundaria se refiere a aquellas variables

que se utilizan para comprobar que se cumplan con las condiciones especificadas para u n correcto uso de la

instrumentación primaria. La calidad de los transmisores de presión y temperatura primarios deben de ser de

alta clase de exactitud, mientras que la instrumentación secundaria puede ser de baja clase de exactitud; la

instrumentación se cundaria puede ser instalada de manera permanente en la central. Toda la

instrumentación, primaria o secundaria, requiere verificación y calibración antes de realizar las pruebas.

Las centrales de generación eléctrica pueden trabajar con combustibles líqui dos o gases por lo que, para

evitar accidentes, los transmisores de presión y temperatura deben ser a prueba de explosión.

Tabla C. 1 - Sistemas de medición de presión y temperatura. (1 de 2)

INSTRUMENTO CANTIDAD APLICACIÓN Características del transmisor

Transmisor De

Presión

2/LÍNEA Medición de presión

a la entrada de

combustible

con display integrado, compensación de temperatura,

comunicación Hart, escalable, a prueba de explosión

Transmisor De

Temperatura Con

Sensor

2/LÍNEA Medición de

temperatura a la

entrada de

combustible

con display integrado, compensación de temperatura,

comunicación Hart, escalable, sensores PT100 4 hilos

y termopar

Transmisor De

Presión Diferencial

2/LÍNEA Medición de presión

a la entrada de

combustible

con display integrado, co mpensación de temperatura,

comunicación Hart, escalable

Transmisor De

Presión

2/LÍNEA Medición de presión

a la entrada de agua

con display integrado, compensación de temperatura,

comunicación Hart, escalable

Tabla C. 1 - Sistemas de medición de presión y temperatura. (2 de 2)

INSTRUMENTO CANTIDAD APLICACIÓN Características del transmisor

Transmisor de

Temperatura Con

Sensor

2/LÍNEA Medición de

temperatura a la

entrada de agua

Clase de exactitud 0.02%, con display integrado,

compensación de temperatura, comunicación Hart,

escalable, sensores PT100 4 hilos y termopar

Transmisor De

Presión

2/LÍNEA Medición de presión

a la salida del vapor

con display integrado, compensación de tempera tura ,

comunicación Hart, escalable

Transmisor De

Temperatura Con

Sensor

2/LÍNEA Medición de presión

a la salida del vapor

Clase de exactitud 0.02%, con display integrado,

compensación de temperatura, comunicación Hart,

escalable, sensores PT100 4 hilos y termopar

Transmisor De

Presión Diferencial

2/LÍNEA Medición de presión

a la salida del vapor

con display integrado, compensación de tempera tura ,

comunicación Hart, escalable

C.3 Calibración

Durante la calibración de transmisores de presión y temperatura, éstos se conectan en paralelo con el

patrón de referencia, se comparan las indicaciones de los transmisores con las indicaciones de los patrones,

entonces, la salida de los transmisores puede ser ajustada a la lectura de los patrones de referencia

correspondientes. Este método de ajuste es forzoso para los transmisores de tem peratura que utilizan

termopares o resistencias de platino. Los certificados de calibración de los transmisores de presión deben

indicar el nivel de referencia, para las posibles correcciones de presión de columna.

Los transmisores de presión y temperatura se deben de calibrar junto con el acondicionador de señal y por

otro lado el acondicionador de señal se debe calibrar separadamente aplicando una señal conocida utilizando

un generador de señal con exactitud adecuada.

Los transmisores de presión diferenci al se deben calibrar a la presión estática del proceso, a menos que

haya evidencia que la presión estática no afecta la exactitud. La calibración se puede realizar con:

a) una balanza de presión diferencial de exactitud adecuada, o

b) con dos balanzas de p resión, o

c) con una balanza de presión y un manómetro diferencial patrón.

C3.1 Periodos de calibración de transmisores de presión y temperatura.

A menos que otra cosa sea especificada, se recomienda establecer el periodo de calibración de los

transmisores. Si el transmisor es nuevo, se recomienda calibrarlo anualmente, a medida que se va calibrando

y se cuenta con un historial de su comportamiento se puede recomendar el disminuir, mantener o ampliar el

intervalo de re calibración.

C3.2 Revisiones intermedias de los transmisores de presión y temperatura.

Dentro del periodo de calibración se deben de realizar revisiones intermedias para comprobar que las

posibles desviaciones o derivas del transmisor se mantengan dentro de los límites permitidos para garantiz ar

la incertidumbre requerida. Estas revisiones intermedias también deben realizarse periódicamente y su

periodicidad dependerá de la estabilidad del Instrumento Bajo Calibración (IBC). Inicialmente, si el periodo de

calibración es de un año, se recomienda revisarlo cada medio año. La revisión intermedia se puede realizar

con un manómetro de mejor clase de exactitud o con uno de la misma clase, siempre y cuando cuenten con

calibración vigente y se apliquen las correcciones pertinentes.

En el caso de transmi sor de temperatura con termopares, debido a la degradación de los termopares a

altas temperaturas, el periodo de revisión intermedia debe tener una frecuencia mínima de tres meses. En

caso de que un transmisor sea removido de la línea de proceso, antes de volverlo a instalar se debe de hacer

una revisión intermedia en al menos un punto de calibración para confirmar que se mantiene bajo las

especificaciones requeridas.

Las revisiones intermedias referidas, así como las acciones derivadas de dichas revisiones deben ser

registradas en la bitácora de eventos de la Central Eléctrica a la que se refiere en 19.4 de la presente NOM.

C3.3 Instrumentación redundante.

Para las mediciones que intervienen en el cálculo de la energía se debe utilizar instrumentación

redundante con al menos dos instrumentos de las mismas características metrológicas que midan la misma

variable al mismo tiempo. En este caso se debe de tener un estudio del comportamiento de cada Transmisor,

evaluando la deriva de cada uno y así considerar al de mejor comportamiento para propósitos de cálculo.

C3.4 Conexión a tierra.

Todos los cables que lleven señales de los sensores de presión y temperatura deben estar aterrizados

para evitar distorsiones de la señal de los sensores.

C3.5 Programa de aseguramiento de la calidad.

El programa de aseguramiento de la calidad permite documentar los procedimientos de calibración,

entrenamiento del personal, registro de los patrones de calibración y de los instrumentos calibrados,

programas de recalibración y el hist orial de los instrumentos. El programa de aseguramiento de la calidad

debe ser diseñado para asegurar que los transmisores serán calibrados cuando les corresponde, de acuerdo

con la fecha programada. El programa de aseguramiento de calidad debe ser auditad o periódicamente.

C3.6 Patrones de referencia.

El patrón debe tener trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades a través del laboratorio nacional

que tenga reconocida su capacidad de medición en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas o a través de

laboratorios de calibración acreditados y aprobados. El Patrón debe tener un intervalo calibrado que cubra el

intervalo a calibrar del IBC. En el caso de los transmisores de presión, el patrón para calibrarlos debe tener

una incertidumbre tres veces mej or que la tolerancia del transmisor especificada por el fabricante.

En el caso de los transmisores de temperatura, el patrón para calibrarlos debe tener una incertidumbre dos

veces mejor que la tolerancia del transmisor especificada por el fabricante. La i ncertidumbre del patrón debe

incluir la contribución a la incertidumbre debida al error declarado en su calibración y su error debe ser

corregido antes de comparar su indicación con la del transmisor a calibrar.

C3.7 Condiciones ambientales.

Es recomendable calibrar los transmisores a las condiciones ambientales de trabajo normal, pero debido a

que normalmente no se encuentran en instalaciones con temperatura controlada se recomienda calibrarlos a

temperatura de 20 °C ± 3 °C, aplicando las correcciones nece sarias y que los transmisores tengan

compensación térmica para mantener su exactitud en un intervalo de temperatura. Si se excede este intervalo

se deben hacer las correcciones pertinentes de acuerdo con el manual del fabricante.

C3.8 Puntos de calibración.

Los puntos de calibración se definen por la clase de exactitud del instrumento a calibrar. Por su clase de

exactitud, los transmisores de presión deben medirse al menos en 8 puntos de su intervalo de medición. Es

requisito que los transmisores de tempera tura se calibren en al menos 5 puntos cubriendo desde 15 °C debajo

de la temperatura mínima de trabajo hasta un 50 °C arriba de la temperatura máxima de trabajo, si la

capacidad del sensor lo permite.

C3.9 Determinación de histéresis.

Los transmisores de p resión se deben calibrar, en todos los puntos, en al menos un ciclo y medio de

series ascendentes y descendentes para determinar histéresis. Los transmisores de temperatura se deben

calibrar, en todos los puntos, en ascenso y en descenso para determinar hi stéresis.

C3.10 Intervalos de medición.

Algunos instrumentos se utilizan en diferentes intervalos de toda su capacidad de medición. Cada intervalo

que se utilice en el proceso debe ser calibrado.

C.4 Instalación

C4.1 Transmisores de presión.

Los Transmisores de vacío deben de instalarse en la línea con pendiente hacia arriba. Todas las líneas de

detección de vapor o agua deben ser purgadas con una pequeña cantidad de aire o nitrógeno para evitar la

formación de columnas de agua en la línea. Antes de iniciar la prueba se debe tomar lecturas con el sistema

de purga prendido y apagado para asegurar que no haya influencia de columnas de agua en la línea.

Los transmisores de presión relativa de servicio de gas deben instalarse en la línea de detección con

pendiente hacia arriba. Este método evita inexactitudes por posibles condensaciones en la línea de detección.

Los transmisores de presión en servicio de líneas de agua o vapor deben instalarse con la línea de

detección con pendiente hacia abajo, esto asegura que la línea de detección siempre estará llena de agua.

Para el servicio de vapor, la línea de detección debe extenderse horizontalmente al menos 60 cm desde la

fuente, antes de que la pendiente hacia abajo inicie. Esto permitirá la condensación y que la pendi ente hacia

abajo se llene totalmente de líquido. Las columnas de líquido generan una presión de columna que debe

corregirse respecto a la presión medida.

C4.2 Correcciones por presión de columna.

Para hacer el cálculo de la presión de columna se requiere c onocer la aceleración de la gravedad local y la

densidad del fluido. Para la estimación de la densidad del fluido manométrico, comúnmente se requiere

conocer la temperatura y presión del fluido y la presión atmosférica con el objetivo de calcular la densid ad en

función de temperatura y presión, de acuerdo con la ecuación C. 1:

(C. 1)

En donde

ñ es la densidad del fluido, depende de la temperatura y presión

g es la aceleración de la gravedad local, depende de la latitud y altitud

h es la altura d e la columna de fluido

La aceleración de la gravedad se puede calcular con base en la ecuación C. 2, la cual depende de las

variables latitud y altitud, obtenidas por medio de tecnología GPS.

(C. 2)

En donde:

gl es la aceleración local de la gravedad en m/s2.

ø es la latitud en grados.

H es la altitud del lugar, altura sobre el nivel del mar en m.

G es la constante 9,780 318 m/s 2 aceleración de la gravedad en el ecuador.

b1 es 0,005 302 4.

b2 es 0,000 005 8.

Cada transmisor de presión debe de inst alarse con una válvula de aislamiento al final de la línea de

detección, aguas arriba del instrumento. Esta válvula permite ventear y eliminar sedimentos antes de instalar

el transmisor.

Los transmisores de presión diferencial se utilizan para la medición de flujo de gases o líquidos. El flujo

del fluido en el sensor de flujo produce una caída de presión; el transmisor de presión diferencial mide esta

diferencia de presión, la cual se utiliza para el cálculo del flujo del fluido. Debe de ser instalado con una

válvula de 5 vías, a fin de eliminar la posibilidad de fugas después de la válvula de ecualización. Si el

transmisor de presión diferencial es usado para gas, la línea de detección debe tener pendiente hacia arriba

del instrumento, a fin de eliminar la posibilidad de error por la condensación de humedad en la línea de

detección.

Los transmisores de presión diferencial usados en vapor, agua u otro líquido, deben de instalarse con la

línea de detección hacia abajo. Cuando un transmisor de presión dife rencial se instala sobre un sensor de

flujo que está localizado en una línea vertical de vapor o agua, es necesario realizar una corrección.

C4.3 Verificación de fugas.

Una vez instalados todos los transmisores de presión se debe verificar la hermeticidad de la línea. Para

verificar si existen fugas, se aísla el sistema de purga y se cierra la fuente de presión; si no hay fugas, la

indicación de los transmisores no cambiará.

C4.4 Transmisores de temperatura

Todos los cables de señal de temperatura deben ser aterrizados para drenar cualquier corriente inducida

por equipo eléctrico cercano. Todos los cables de señal deben ser instalados lejos de cualquier motor,

generador, conductores eléctricos y paneles de servicio eléctrico.

C4.5 Incertidumbre requerida

Los transmisores de temperatura requieren tener una incertidumbre menor o igual a 0.3 °C para

temperaturas menores a 93 °C, y no más de 0.6 °C para temperaturas mayores a 93 °C.

C4.6 Sensores de termopar

Los termopares son sensores diferenciales cuya respuest a se incrementa con la diferencia de temperatura

respecto a la temperatura de referencia; la sensibilidad varía dependiendo del tipo de termopar. Los

termopares tipo E presentan mejor sensibilidad y se pueden usar hasta temperaturas de 760 °C. Los

termopares son susceptibles a derivar debido a cambios bruscos de temperatura por lo que se debe evitar los

choques térmicos.

C4.7 Sensores de resistencia de platino

Los sensores de resistencia de platino con arreglo de 4 hilos pueden ser utilizados en las medicio nes de

las Centrales Eléctricas, pudiendo medir hasta 650 °C. El cálculo de temperatura para los sensores de

temperatura resistiva (RTD por sus siglas en inglés) se debe realizar de acuerdo con la Escala Internacional

de temperatura EIT-90.

C4.8 Calibración de los transmisores de temperatura

La calibración de los transmisores de temperatura se debe hacer insertando el sensor del transmisor en

un baño termostático junto al sensor del termómetro patrón. La temperatura se ajusta con el control del baño

termostático y se deja estabilizar hasta que las variaciones sean menores que la incertidumbre del

termómetro patrón.

C.5 Instalación de sensores de temperatura.

C5.1 Medición de temperatura en un tubo o recipiente.

La medición de temperatura de un fluido en un tubo o recipiente es acompañada de la instalación de un

termopozo, con profundidad y diámetro adecuados para cada caso. Además, el fondo del termopozo debe ser

de la misma forma que la punta del sensor de temperatura para hacer eficiente el contacto térmi co. El

termopozo debe ser colocado en un área donde el fluido está bien mezclado y libre de gradientes, si se

localiza cerca de la descarga de un calentador, turbina o condensador el termopozo debe estar aguas abajo

de un codo en el tubo. Si se instala más de un termopozo, éste debe instalarse en el lado opuesto del tubo y

no directamente aguas abajo del otro termopozo.

Cuando se instala el sensor de temperatura en el termopozo se debe presionar con resortes para forzar el

contacto de la punta del sensor co n el fondo del termopozo. Para mediciones de alta exactitud se recomienda

que se aísle la parte saliente del termopozo para reducir las fugas térmicas.

Para medir la temperatura de vapor sobrecalentado, la localización del termopozo respecto a la inyección

de rocío sobrecalentado debe ser cuidadosamente seleccionada. El termopozo debe ser localizado donde el

agua sobrecalentada esta vigorosamente mezclada con el vapor, esto puede ser complementado colocando el

termopozo aguas debajo de 2 codos en la línea d e vapor después del punto de inyección.

C5.2 Medición de temperatura en fluido a baja presión en un tubo o recipiente

Si se mide la temperatura de un fluido a baja presión el sensor de temperatura puede ser colocado

directamente sobre el tubo o recipiente.

C5.3 Medición de temperatura de productos de combustión en un ducto

La medición de temperatura de un fluido en un ducto requiere de varios puntos de medición para minimizar

el efecto de los gradientes térmicos. Generalmente la presión en los ductos es baj a o negativa de tal manera

que los termopozos no se requieren. El número de puntos recomendado son uno cada 2.7 m, mínimo 4

puntos, máximo 36 puntos.