sensores de medición de nivel y volumen

Medición de

Nivel y

Volumen

CAMILO EDUARDO ARENAS SAAVEDRA

JUAN DIEGO SERNA RIVERA

GUSTAVO ADOLFO MONDRAGON O.

INTRODUCCIÓN

En muchos de los procesos industriales que se llevan a

cabo es necesario conocer los niveles, el volumen o la

sola presencia de los fluidos y de los sólidos que se

manejan sin tener que abrir el contenedor en el que se

encuentran.

INSTALACIÓN

Para aplicaciones en el área de la automática, se

requerirán señales de control tanto para actuadores

como para alarmas, para ello existen diferentes salidas

como contactos eléctricos indirectos y salidas

proporcionales electrónicas como de flujo directo y

valvulas neumáticas.

La elección del sensor es de carácter esencial para el

desarrollo de la medición del sistema, esto depende

del ambiente, el proceso en particular y las

especificaciones que se deseen obtener.

El sensor debe ubicarse en una parte del tanque o

recipiente donde no se vea afectado por la turbulencia

causada por el flujo de entrada y salida.

Debe ser fácilmente extraíble sin tener que vaciar el

contenedor.

Es necesario incorporar seguidores a los sistemas de

medición para limitar los grados de libertad de

componentes como flotadores.

ALTERACIONES DE MEDIDAS

Se deben considerar los efectos de la corrosión sobre los

componentes del sensor debido a los materiales

contenidos.

Las mediciones pueden ser alteradas de manera

progresiva debido a las altas temperaturas , a los

materiales corrosivos y aún la abrasión en materiales

granulares (cambiando la masa de los flotadores por

ejemplo).

Los sensores de nivel son preferiblemente construidos

en (backlash) lo que provee una acción de conmutación

para alarmas de nivele o simplemente controles para

evitar variaciones en el punto de estabilidad.

Los indicadores nucleares deben ser instalados de

acuerdo a las directrices regulatorias especificas de

cada país.

En Estados Unidos la entidad reguladora es la

Comisión Reguladora Nuclear (NRC).

FUENTES DE

ERROR

PARA EL NIVEL

El primer grupo de errores es referente a la falta de

definición de la distribución de los contenidos mediante

el uso de un solo parámetro de medición, realizada en

un solo punto de la totalidad de la superficie.

Ahora, los materiales granulares no fluyen de manera

que formen una superficie plana como los líquidos .

El ángulo de reposo del material y la forma de los

orificios de entrada y salida darán lugar a errores en el

cálculo del volumen.

La turbulencia ocurrida en el sensor debida al flujo

mismo del material en el contenedor o las vibraciones

también son fuente de errores en la medición.

Es común en la práctica montar un sensor mecánico

de nivel en algún tipo de cámara integradora que

suaviza las variaciones transitorias dinámicas.

Para la utilización de los tubos de amortiguamiento en

sistemas rápidos es importante el tiempo de respuesta

ya que se puede introducir cambio de fase y

atenuación.

La profundidad real de la inmersión del flotador varía

según su densidad, lo cual es dependiente de la

temperatura.

El cambio en la masa del flotador, debido a

acumulación de sedimentos o corrosión que afecta de

igual manera la inmersión real del mismo

PARA EL VOLUMEN

Ahora se presentan errores debidos a la temperatura y

en menor medida al cambio de presión en los

contenidos para obtener su volumen o masa; dado que

el volumen varía con la temperatura, se proporcionan

medidas de esta también para lograr correcciones a la

salida.

Para algunos sensores de nivel externos como los

tubos, lo que se hace es ponerlos a la misma

temperatura del contenedor para evitar cambios en la

densidad del fluido o aún del mismo tubo.

Para la medición de niveles nucleares, no es necesario

un contacto directo con el material.

ALGUNAS GUIAS PARA LA

ELECCION DE SENSORES

ADECUADOS

ELECCION DE UN SENSOR ADECUADO

Es deseable el control o la indicación remota? Un sí excluye a los medidores

mecánicos flotador, mirillas, varillas y otros

dispositivos

diseñado específicamente para el control local.

Con indicadores de nivel, es importante el tiempo

que toma la medición?

Un si excluye tiras reactivas, flotadores mecánicos y

sistemas de equilibrio.

Puede haber contacto entre el sensor y el material a

medir?

Un no elimina todo menor ultrasonidos, radares,

radiación, y celdas de carga y ópticas.

Debe medirse peso en lugar de altura? Se limita a celdas de carga solo para tanques de

cara uniforme, o, medidores de capacitancia

calibrados para medir peso, particularmente si es

para un liquido.

Hay objeciones a las partes mecánicas móviles? Un si le da una elección a ultrasonido, radar,

capacitancia, conductividad, celdas de carga,

termistores y ópticos.

La aplicación es con un liquido? Un si elimina vibraciones.

La aplicación es con materiales granulares? Un si elimina flotadores, termistores, dispositivos de

conductividad, instrumentos de presión.

Los indicadores tienen que tener una precisión del

2%?

Un si elimina dispositivos ópticos, termistores,

vibradores, instrumentos de conductividad, pero los de mas pobre precisión son los de flotador y

radiación.

Los indicadores tienen que tener una precisión

menor que el 1%?

Un si reduce la lista a algunos dispositivos de

equilibrio y desplazadores.

Calibración de los sistemas de

Medición de Nivel

Los contenidos que se negocian por dinero, como la petroquímica,

alimentos, leche, y el alcohol, se debe medir en las

normas establecidas por la autoridad de pesos y medidas

pertinente, para esto se requiere la calibración.

El uso del procedimiento indirecto para determinar el

contenido volumétrico o de masas, basado en una medición de

nivel, significa que un coeficiente de conversión o un gráfico de los

coeficientes deben estar preparados para que la medición del

nivel se puede convertir en la forma de medición necesarios.

Una Medición de nivel de alta precisión requiere un

seguimiento continuo de las fuentes de error y las correcciones en

curso se puede hacer.

Métodos que proporcionan una

medida de nivel de rango completo

Los métodos utilizados para medir o controlar el nivel en

un recipiente se pueden dividir en aquellos

que miden una serie continua de nivel y los que miden un pequeño

cambio o el nivel de punto; los métodos son:

•Mirilla de medición de nivel.

•Instrumentos flotantes manejadores.

•Sonda capacitiva.

•Empuje de flotabilidad.

•Censado de presión.

•Microondas y Ultrasónicos.

•Fuerza y Posición de equilibrio

Sight Gauges (Mirilla de Medición de Nivel).

Un Indicador de vidrio montado

externamente indica el nivel de

un contenedor cerrado. Consiste

en un tubo de vidrio templado

que esta conectado a través de

uniones y válvulas en la pared

del tanque. El tubo debe ser lo

suficientemente grueso para que

no se cause una subida del

contenido debido a la

capilaridad. El nivel debe seguir

le contenido.

Un moderno desarrollo de la

mirilla de medición de nivel

es el mostrado en la figura;

el flotador contiene una

barra de imán que sigue la

superficie del liquido en el

tubo fijo; magnéticamente

una faldilla gira para

exponer una superficie de

diferentes colores que se

recubre con pintura

luminosa.

Float-Driven Instruments (Instrumentos Flotantes

Manejadores)

Un flotador se

utiliza para manejar un

acoplamiento mecánico

que opera un dispositivo

de lectura remota relacionado

con el movimiento. Todos estos

acoples mecánicos introducen

errores debido a la fricción y las

fuerzas de carga que

proporciona el sistema. Para

solucionar este problema se

utilizan un sistema de

contrapesos y resortes. Para

mejora la transferencia de

movimiento.

Un electrodo es suspendido en le

contenedor, eléctricamente

aislado del mismo cuando el

fluido conductor. La presencia

del liquido o del material granular

altera la capacitancia entre el

electrodo y las paredes debido

la variación del dieléctrico

Sonda Capacitiva

El electrodo de la sonda se hace a la medida de la situación.

La formas de electrodo que se normalmente se implementan

son barras rígidas de metal, cables flexibles o electrodos

protegidos.

Métodos que proporcionan la

medida de rango completo

Empuje de flotabilidad: se cambia el empuje de

flotabilidad por un torque.

Censado de presión: se mide presión en el fondo del

tanque, gracias a que esta es proporcional a la

densidad y a la presión atmosférica (solo líquidos).

Microondas y ultrasónicos, métodos con tiempo

transitorio: reflexión de ondas.

Fuerza o posición de equilibrio: el sensor alcanza la

misma posición del nivel del contenido.

Métodos que proporcionan la

medida de corto alcance

Magnéticos: funcionan como interruptor por medio de

un imán.

Métodos que proporcionan la

medida de corto alcance

Conductividad eléctrica: basado en la conductividad

del elemento. Por ejemplo la conductividad del aire es

diferente a la del agua.

Métodos que proporcionan la

medida de corto alcance

Infrarrojos: juega con la reflectancia en las superficies

(a base de prismas).

Métodos que proporcionan la

medida de corto alcance

Radiofrecuencia: basado en el principio de

ultrasonidos.

Otros métodos

El momento de giro ejecutado para rotar una paleta

giratoria variará cuando el material comience a cubrir la

paleta.

La frecuencia de resonancia de un tenedor de sintonía

vibratoria va a cambiar a medida que este inmerso.

La resistencia eléctrica de un termistor caliente variará

en función de su entorno.