Medidores de Nivel

Presentación

Medidores de nivel

Dra. Yolocuauhtli Salazar Muñoz

Índice

3. Metodos indirectos3.1 Medición de presión hidrostática o presión diferencial. 3.2 Medición de fuerza de empuje. 3.3 Medición de la radiación nuclear. 3.4 Medidor ultrasónico. 3.5 Medición de la capacitancia eléctrica.

1. Introducción

2. Medidores directos

2.1 Observación directa2.2 Flotadores 2.3. Electrodos

INTRODUCCIÓN

La medición de nivel es importante tanto para el funcionamiento correcto del procesos como para el balance adecuado de materias primas o productos finales

MEDICIÓN DIRECTA DE NIVEL

Clasificación de los medidores de nivel

Sondas

Con cinta y plomada

Varilla con gancho

REglas graduadas

Es una plomada y una cinta de escala graduada que se mantendrá extendida verticalmente dentro del sistema. Se emplea cuando es difícil que la regla graduada tenga acceso al fondo del tanque. Su mayor utilidad, será su alta exactitud,

Consiste en movilizar el gancho de metal, hasta que la punta de esfera de metal, sobresalga por encima del nivel del líquido censado. Este se puede usar solo cuando la superficie libre del líquido se puede ver directamente.

se introduce dentro del fluido para determinar la profundidad real que se mide, así, la lectura de nivel, ocurre por la parte mojada de la varilla, haciendo de este método uno de los más utilizados para determinar el nivel en los tanques de las gasolineras.

Tubos de vidrio

El nivel de cristal es un dispositivo que basa su funcionamiento en el Principio de Arquímedes, siendo puesto en práctica por Blas Pascal, quien estableció y demostró, que las presiones de fondo eran iguales para dos recipientes interconectados por la zona inferior

Flotadores

en un dispositivo que flota sobre la superficie del nivel y que está sujeto a un mecanismo de correas y/o poleas para hacer la indicación del nivel.

Tipos de flotadores

Flotador tubo guia

Flotador on-off

Flotador de boya

Repetibilidad +0.01 a +0.4mm

2010

2020

PArtes moviles expuestas al fluido

medidores indirectos

Desplazamiento

Otros

Tubo de torsión

Medidor ÓpticoVibratorio Detector Térmico

Presion hidróstatica

Eléctricos

Medidor manometricoTipo Burbujeo Presión diferencial de diafragma

ConductivosCapacitivo Ultrasonico Radar Radiación Láser

Medidor manométrico

Ecuación

fundamentos

Tanque abiertoP=d*g*h Tanque cerrado P=(d*g*h)+pe pe =presión externa sobre el liquido

Ventajas:

Desventajas:

Económico Su exactitud es de, ± 0,25%.

burbujeo

fundamentos

Consiste en introducir un tubo dentro del tanque y luego aire a presión la cual se regula a un valor ligeramente superior a la presión hidrostática ejercida por la columna de líquido en el tanque al nivel máximo. El sistema de burbujeo de aire, está formado por un suministro continuo de aire, un regulador, un indicador visual de flujo y un indicador de nivel

Ventajas

Características

• Es normalmente usado en tanques abiertos.
• Muy utilizado en líquidos de alta sedimentación y corrosividad.
• El peso específico (γliq) debe ser constante de lo contrario existiría error en la medición.
• La clase dependerá del instrumento Indicador / Transmisor.
• Su rango estará comprendido entre el punto más bajo del tubo hasta el extremo superior.
• La presión en el tubo es equivalente a la presión en la columna hidrostática desde la altura de referencia tomada.
• Los instrumentos para medición de nivel del tipo de burbujeador se usan cuando se dispone de aire o gas, en alguno de los siguientes casos: cuando los líquidos son corrosivos, tienen sólidos en suspensión y/o se requieren lecturas remotas.

Este tipo de medición, es la más simple, barata, confiable convirtiéndola así en una de las más usada.

Desventajas

• Durante el mantenimiento se puede contaminar el líquido.
• Su campo de medida está limitado por la altura del tanque.

capacitivo

fundamento

El principio de medición de nivel capacitivo se basa en el cambio de capacitancia de un capacitor. La sonda y la pared del tanque forman un capacitor cuya capacitancia depende de la cantidad de producto en el tanque: un tanque vacío tiene una capacitancia más baja y un tanque lleno una capacitancia más alta.

VÍDEO

https://www.endress.com/en/field-instruments-overview/level-measurement/Capacitance-level-measurement#:~:text=The%20principle%20of%20capacitive%20level,filled%20tank%20a%20higher%20capacitance.

Ventajas

Aplicaciones:

• El elemento sensor puede ser muy simple y sin partes móviles
• El elemento sensor es fácil de limpiar
• La capacitancia para presión, nivel y temperatura es fácil de determinar

1. Líquidos conductores.
2. Líquidos No conductores.
3. Tanques metálicos.
4. Tanques aislados.
5. Para medir nivel en sólidos a granel (en forma continua o discreta ON-OFF).
6. Generalmente su presentación es flexible para ser adaptada a la longitud del tanque.

Desventajas

• Se puede originar un error por cambio de la constante dieléctrica del fluido con la temperatura.
• Los líquidos conductores viscosos, que cubren el elemento sensor pueden causar lecturas erróneas o completamente falsas.
• Las burbujas de aire o espuma en el líquido o espuma en la superficie libre producen lecturas erróneas.
• No se puede medir nivel de interfaces en líquidos conductores.

Sensores Conductivos

La resistencia entre dos electrodos de medición cambia con la presencia o ausencia de producto. En sondas de varilla única, la pared del depósito eléctricamente conductiva funciona como contraelectrodo.

Sensores de Nivel Radioactivo

El ensamble de medición, contiene una fuente radioactiva como radio, cesio o cobalto y la celda detectora produce una señal eléctrica proporcional a la intensidad de los rayos radioactivos. La fuente gamma, un isótopo de cesio o cobalto, emite radiación gamma que se atenúa a medida que atraviesa los materiales. El efecto de medición resulta de la absorción de radiación por el producto a medir que es causada por cambios de nivel. El sistema de medición consta de una fuente, un contenedor de fuente y un transmisor compacto como receptor

tipos de receptores:

Contador GeigerCelda de ionización de gas

Ventajas

• Medición sin contacto desde el exterior
• Para tareas de medición extremas en las que ya no se pueden utilizar otros principios
• Contenedor de fuente con encendido / apagado manual o neumático y candado, cerradura de cilindro o pestillo de bloqueo para fijar la posición de conmutación

desVentajas

• Se trabaja con elementos radioactivos peligrosos lo cual requiere licencia
• Se deba hacer sumo cuidado en el transporte y la instalación del instrumento
• Es muy costoso.

método ultrasónico

es una solución probada y rentable para la medición de nivel en líquidos y sólidos a granel. Este principio de medición se caracteriza por una planificación y un montaje sencillos, una puesta en servicio rápida y segura, una larga vida útil y unos costes de mantenimiento reducidos. Las aplicaciones típicas incluyen medios abrasivos y agresivos, incluso en condiciones ambientales adversas.

método ultrasónico

es una solución probada y rentable para la medición de nivel en líquidos y sólidos a granel. Este principio de medición se caracteriza por una planificación y un montaje sencillos, una puesta en servicio rápida y segura, una larga vida útil y unos costes de mantenimiento reducidos. Las aplicaciones típicas incluyen medios abrasivos y agresivos, incluso en condiciones ambientales adversas.

Desventajas

Caracteristicas

• Costosos.
• La medición es afectada por las propiedades del medio como porosidad de la superficie, espesor del material y rigidez.
• Sensibles a la densidad.
• Dan señales erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida como en el caso de un líquido que forme espuma.
• La velocidad del sonido cambia con latemperatura: al aumentar la temperatura, la velocidad del sonido en el aire aumenta mientras que en el agua disminuye.

• Campo de medida: (0,5 a 100) ft (0,152 a 30,48) m
• Exactitud: ± (1 a 3) % fe
• Presión máxima: 400 kg/cm²
• Temperatura máxima de fluido: 200 °C
• Frecuencia de ultrasonido: (1 a 20) kHz
• Potencia de consumo < 10 W
• Repetibilidad: 6,4 mm

Ventajas

• Adecuados para todos los tipos de tanques y de líquidos.
• Muy exactos.
• Más sofisticados que los medidores convencionales.
• No poseen partes móviles.
• No requieren mantenimiento.
• No es intrusivo.

Sensores de radar para la medición de nivel

La medición de nivel con sensor de radar es una solución segura incluso bajo condiciones de proceso extremas (presión, temperatura) y vaporesEl sensor de radar sin contacto de puesta en marcha sencilla y operación sin complicaciones, ahorra tiempo y dinero. Para el uso en una amplia gama de aplicaciones; ya sea en simples depósitos de almacenamiento, en productos corrosivos o agresivos o en aplicaciones de medición de depósitos de gran precisión.

ventajas

• Medición sin contacto ni mantenimiento
• Insensible a propiedades del producto como la densidad y la conductividad, en sólidos granulados también insensible al ruido de llenado y el polvo
• Rango de medición de ajuste libre
• Para altas temperaturas de hasta +450 °C/+842 °F

Principio de funcionamiento

funciona con pulsos de radar de alta frecuencia emitidos por una antena y reflejados por la superficie del producto debido a un cambio del valor de la constante dieléctrica relativa. El Time-of-Flight del pulso de radar reflejado es directamente proporcional a la distancia recorrida. Si la geometría del depósito es conocida, el nivel se puede calcular a partir de esta variable.

Polvo minima, moderada, extrema

Medidor Láser

En aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y donde los instrumentos de nivel convencionales fallan, encuentra su aplicación el medidor láser. Tal es el caso de la medición de metal fundido, donde la medida del nivel debe realizarse sin contacto con el líquido y a la mayor distancia posible por existir unas condiciones de calor extremas.

Exactitud: ±5 mm Son Compactos. Se conecta en la parte superior del depósito o tanque que contiene un medio líquido o sólido, donde se desea efectuar la medición continúa de nivel. La instalación mecánica es sencilla, mediante un soporte articulado que para el caso de un depósito de líquidos puede estar situado fuera de proceso, a través de una mirilla de conexión. Los medidores de nivel por láser poseen un amplio rango de medida (0,5 a 800 ft). Es costoso

Características

Ventajas

El sistema de rayo láser no es influido por los cambios de temperatura y presión, ni por las turbulencias y las capas de gases, ni por los materiales absorbentes del sonido y, asimismo, tampoco por los de baja constante dieléctrica (como ocurre en el medidor de nivel de radar). Es inmune a reflexiones y ecos provocados por polvo y al movimiento de palas del agitador.

Desventajas

Detección de nivel por horquilla vibrante

El sensor de horquilla vibrante es perfectamente apto para numerosas aplicaciones en líquidos desde detección de nivel de fácil operación (control mín. y máx.), monitorización de fugas certificada y prevención de sobrellenado hasta equipo de protección en partes de la planta sujetas a Niveles de seguridad integral (SIL 2/3). Los sensores de horquilla vibrante se utilizan en aplicaciones en sólidos pulverulentos o granulados, pero también en zonas con peligro de explosión, típicamente en las industrias primaria, química o alimentaria.

principio de operación

• Para la detección de nivel en líquidos, se excita un sensor de horquilla vibrante, con forma de diapasón, a su frecuencia de resonancia.
• El dispositivo mecánico funciona de forma piezoeléctrica. La frecuencia de oscilación cambia cuando la horquilla vibrante se introduce en el producto. El cambio se analiza y traduce en una señal de conmutación.
• En sólidos un sensor de varilla única se excita a su frecuencia de resonancia. El dispositivo mecánico funciona de forma piezoeléctrica. La frecuencia de oscilación cambia cuando la horquilla vibrante se introduce en el producto. El cambio se analiza y traduce también en una señal de conmutación.

Ventajas

• Insensible al producto
• Insensible a las propiedades del producto
• Instalación simple y listo para usar sin calibración
• Automonitorización
• Sin desgaste ni mantenimiento

Detectores de paleta rotativa para medición de nivel

• Se utiliza como alarma de llenado, vaciado y aviso en silos con sólidos granulados.
• El robusto cabezal hecho de un polímero y su diseño compacto lo convierten en un sensor ideal para la detección de lleno, vacío y alarma en aplicaciones con sólidos granulados.
• Los materiales optimizados confieren una extraordinaria robustez a la unidad, por lo que resulta apta para uso en zonas explosivas por materiales pulverulentos.
• Es perfecto para sólidos granulados en circulación con un tamaño de grano de hasta 50 mm (2").

Referencias bibliográficas

Medición de nivel Gama de productos para aplicaciones con líquidos y sólidos granulados. Endress+Hauser. www.addresses.endress.com Intrumentación de Procesos Industriales. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Departamento de Sistemas y Automática. https://instrumentacionuc.wixsite.com/facultad-ingenieria/ Antonio Creus Solé. “Instrumentación industrial”, octava edición, Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V., México, 2010

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