2051-3 nivel
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EMERSON Process Management – Servicios Educativos Copyrighted Material / Duplication Prohibited
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EMERSON Process Management – Servicios Educativos Copyrighted Material / Duplication Prohibited
8-2
Curso 2051
NIVEL
Definición:
Es la medición de la altura que ocupa un fluido, a partir del fondo de el recipiente que lo contiene.
Por lo que se expresa comúnmente en unidades de longitud, tal como metro, pies, milímetro, etc.
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8-3
Curso 2051
RAZONES DE MEDIR NIVEL
1.- CONTROL:
Sirve para suministrar cantidades indicadas, o también con ello evitaremos que nuestro elemento de impulsión este trabajando en seco, o que se derrame nuestro producto.
2.- ADMISTRATIVO:
Sabemos cuanto de algún producto tenemos disponible para su consumo o venta, así como los recursos que habremos de destinar para su recuperación.
NIVEL
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8-4
Curso 2051
UNIDADES
Generalmente como el nivel trata de la medición de altura de un fluido, esta expresado en unidades de longitud, sin embargo se pueden utilizar otro tipo de unidades tales como volumétricas y hasta másicas, para expresar directamente la cantidad de un fluido que se encuentra en un recipiente.
NIVEL
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Curso 2051
PRINCIPIOS DE MEDICION
LOS PRINCIPALES METODOS DE MEDICION SON LOS SIGUIENTES
•Métodos directos
•Mirilla
•Regleta
•Cinta plomada
•Flotador
• Sonda capacitiva
•Medición por servo-nivel
• Medición por presión
•Medidor nuclear
•Medidor ultrasónico
•Radar
NIVEL
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Curso 2051
REGLETACINTA PLOMADA
REGLETA: Consiste en introducir una varilla graduada y observar que longitud de la misma “moja” nuestro producto.
CINTA PLOMADA: Consiste en introducir una cinta métrica, cuyo extremo es una cabeza de metal que nos va a servir para mantener lo mas vertical posible nuestra medición.siendo esta: h = href - Lsumergida + Lmojada
REFERENCIA HORIZONTAL
METODOS DIRECTOS
NIVEL
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Curso 2051
ESTE DISPOSITIVO ESTA BASADO EN EL PRINCIPIO DE VASOS COMUNICANTES, EL CUAL ESTABLECE QUE UN LIQUIDO MANTENDRA EL MISMO NIVEL EN DOS RECIPIENTES CUANDO ESTOS SE ENCUENTREN COMUNICADOS POR ALGUNA VIA (TUBERIA).
MIRILLA DE VIDRIO
REFLEXFLOTADORINTERFASE
NIVEL
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Curso 2051
FLOTADOR
Consiste en introducir un elemento flotante en el seno de el fluido, así pues este dispositivo siempre se mantendrá en la superficie de el liquido, y con ello podremos transmitir cualquier movimiento del flotador hacia el exterior por métodos mecánicos o eléctricos.
NIVEL
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Curso 2051
SONDA CAPACITIVA
Este dispositivo esta basado en el principio de funcionamiento de un capacitor, el cual establece que a un incremento de área de las placas, la capacitancia del mismo se vera incrementada en forma proporcional, así como decrementada en base a la distancia de separación entre placas.
siendo el fluido según sus características, las veces de una placa y otras la del dieléctrico
PLACAS
AREA
DIELECTRICO
NIVEL
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Curso 2051
MEDIDOR ULTRASONICO
Este dispositivo funciona bajo el mismo principio que un radar, emitiendo ondas sonicas, las cuales se reflejan en la superficie del liquido y regresan al dispositivo de emisión, midiendo el tiempo que toma el regresar, calculando la distancia que recorrió, determinando así
el nivel.
V=Dt D= V t
V: Velocidad del sonido en el aire
D=Distancia recorrida
t=Tiempo ocupado en el recorrido
NIVEL
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Curso 2051
MEDIDOR NUCLEAR
El principio de medición de este equipo consiste en la propiedad de la materia de absorber rayos gama.
Se envía un haz de rayos gama y se pone un detector al otro extremo de tal forma que la cantidad absorbida será proporcional a la masa atravesada y esta a su vez del nivel.
NIVEL
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Curso 2051
METODO DE BURBUJEO
Este método consiste en introducir un tubo hasta la parte baja del tanque. de esta forma se provocara el paso de aire a través de un tubo. y al medir la presión de el aire requerida para burbujear será exactamente igual a la presión de la columna que tuvo que romper para liberarse y esta a su vez será proporcional al nivel.
NIVEL
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Curso 2051
MEDIDOR DE NIVEL POR PRESION
Este método se basa en el principio de que la presión ejercida por una columna de liquido será proporcional a la altura de esta multiplicada por su gravedad especifica.
MAX 6m
Min 0m
Ph = H x Dens.
GS comb:0.97
NIVEL
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Curso 2051
MEDIDOR DE NIVEL POR PRESION
Este método es el de mayor aplicación para la determinación de nivel, de este existen diferentes tipos dependiendo de la aplicación, teniendo:
•Pierna Seca
•Pierna húmeda
•Sellos remotos
NIVEL
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Curso 2051
PIERNA SECASe utiliza cuando tenemos un tanque cerrado es decir, cuando se llega a incrementar la temperatura, se pueden formar gases que ejercen una presión adicional ala hidrostática y se tendría lo siguiente presión resultante:
Pmedida=Phidrostática+Pgases.
Al ser esta presión de gases desconocida, se nos convierte en un problema,ya que podríamos tener lecturas de nivel mayores al real, por lo que si se instala uso de un tubing en la parte superior del tanque hacia la entrada de baja de nuestro medidor de presión diferencial(pierna seca), entonces tendremos:
Pmed=Palta-Pbaja=(Pgases+Phid)-(Pgases)
=Presión hidrostática.
La cual ya seria exactamente proporcional a la columna.
NIVEL
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8-16
Curso 2051
Sin embargo existen ocasiones que al disminuir la temperatura, el gas que ocupaba el espacio del tubing se condensa, formando una columna en el mismo, creando una presión desconocida por el lado de baja que afecta ala medición:
Ph = Palta-Pbaja
= (Pgases+Phid)- (Pgases+Pcond)
Como una forma de corregir lo anterior, se llena el tubing con una columna de un liquido compatible al proceso y de densidad conocida (pierna húmeda), teniendo la misma ecuación pero ahora con presión de relleno conocida.
PIERNA HUMEDA
NIVEL
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Curso 2051
SELLOS REMOTOS
Cuando no existe algún liquido compatible con el proceso. Existe la posibilidad de tener sellos remotos, cuya función es la de comunicar la presión al poner en contacto con el proceso un diafragma flexible, el cual transmitirá la presión a través de un capilar lleno de un fluido inerte hasta la camara del sensor.
NIVEL
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Curso 2051
Radar de Onda Guiada
NIVEL
Tecnología TDR (Reflectometría en Dominio del Tiempo ) Los Pulsos de Microondas Son guiados a través de una sonda.
Cuando el Pulso alcanza un medio con diferente constante dieléctrica, parte de la energía es reflejada de vuelta.
Distancia = Velocidad X Tiempo de viaje /2
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8-19
Curso 2051
NIVEL
Reference pulse
La amplitud de la reflexión es afectada por:
– Constante dieléctrica, r, del Producto.
– Rango de Medición
Radar de Onda Guiada
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8-20
Curso 2051
NIVELRadar de Onda Guiada
Medición de Interfase
r determina la velocidad de propagación de las microondas en un producto.
El cálculo preciso del nivel de interfase depende del valor correcto de r.
Reference pulse
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8-21
Curso 2051
NIVEL
Especificaciones BásicasEspecificaciones Básicas Lazo alimentado de 11 - 42 VDC
Salida: HART/4-20 mA
Aprobaciones: Intrínsicamente seguro o Aprueba de explosión (FM, CSA, ATEX)
Encapsulado: NEMA 4X, IP 66
Precisión: ± 0.2” (± 5 mm) para sondas < 16.4 ft / 5 m ± 0.1% del rango de medición > 16.4 ft / 5 m
Repetición: ± 0.04 inch (± 1 mm)
Tiempo de actualización: < 1 per sec
Rango de medición: 77’ (23.5m)
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8-22
Curso 2051
NIVEL
Especificaciones Básicas (cont.)Especificaciones Básicas (cont.) Materiales de Proceso: 316 / 316L SST, Teflón
(PTFE, PFA) y Materiales de O-ring .
Recubierta de PTFE
316/316L SST, cerámica, grafito (y PFA para HP)
r : 1.6 Dependiendo de la sonda.
Límite de Temperatura:
Std:-40 a +302 °F (-40 a +150 °C)
HPHT: -76 a +752 °F (-60 a +400 °C)
HP: -76 a +392 °F (-60 a + 200°C)
Límite de presión:
Std: de Vacío Absoluto a 580 PSIG (40 Bar)
HP/HTHP: de Vacío Absoluto a 5000 PSIG (345 Bar)
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8-23
Curso 2051
NIVELRobusto Diseño ModularRobusto Diseño Modular
Encapsulado de Compartimiento Dual
Encapsulado removible sin abrir el tanque
Giro de Encapsulado en cualquier dirección
Sondas ajustables a la medida
Amplia disponibilidad de estilos de sondas
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8-24
Curso 2051
NIVELDiseño HP/HTDiseño HP/HT
Sistema de Sondas Flexibles, para soportar la alta presión y mitigar la alta temperatura del proceso.
Sellos de cerámica y grafito para soportar alta presión y temperatura.
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8-25
Curso 2051
NIVELRadar de pulsos o tiempo de vueloRadar de pulsos o tiempo de vuelo
• Envía pulsos de radar hacía la superficie del nivel.
• Una vez que los pulsos encuentran una superficie con una constante dieléctrica diferente regresan a la antena.
• El software del transmisor calcula la distancia, que es proporcional al tiempo de retardo entre la señal emitida y la recibida.
• Distancia = (Velocidad de la luz) (Tiempo de diferencia) / 2
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8-26
Curso 2051
NIVEL
Radar de pulsos a doshilos
Rosemount 5401, 6 GHz
Rosemount 5402, 26 GHz
Medición de No Contacto para líquidos
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8-27
Curso 2051
NIVEL
Rango de Medición 30 m desde la brida
Exactitud del Instrumento
5401: ±10 mm5402: ±3 mm
Repetibilidad ±1 mm
Alimentación / Salidas 2-hilos, 4-20 mA w/ Hart® or Foundation Fieldbus
Variables de Salida Nivel, Distancia, Volumen, Relación de Nivel-tiempo, Fuerza de la señal, Temperatura interna, % del Rango y valor de la salida
analógica Aprobación para areas peligrosas
XP, IS & FISCO (ATEX, CSA, FM, IECEx, …)
Temperatura de proceso*
-40...302°F / -40…150°C
Presión de proceso* vacío...145 psi-g / vacío...10 Bar-g
*) Pueden ser limitados por la antena, brida o selección del o-ring.
EspecificacionesEspecificaciones
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8-28
Curso 2051
NIVEL
Diferentes frecuencias tienen diferentes propiedades físicas
– No solo una frecuencia es la indicada para todas la aplicaiciones
6 GHz
37°
26 GHz
9°
Beam angles @ 4” antennas
26 GHz6 GHz
Low freq. less affected by Condensation, Dirt & Vapor
Rosemount 5401 (6 GHz) Haz de microondas amplio
Menor afectado por Vapor, espuma o suciedad
Excelente para superficies turbulentas
Rosemount 5402 (26 GHz) Haz de microonda angosto
Antenas mas pequeñas
Evita de forma fácil los disturbios internos del tanque.
Radar de pulsos o tiempo de vueloRadar de pulsos o tiempo de vuelo
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8-29
Curso 2051
NIVELRadar de Frecuencia Modulada de Onda Continua (FMCW)Radar de Frecuencia Modulada de Onda Continua (FMCW)
Envía una señal de microondas de forma continua con una pequeña variación de frecuencia, cuando la señal es reflejada por la superficie del producto y regresa a la antena, esta es comparada con la inicial.
La diferencia de señal es proporcional a la distancia del liquido por lo que puede calcularse con alta precisión.
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8-30
Curso 2051
NIVELDiseño Modular RobustoDiseño Modular Robusto
Se puede retirar el transmisor sin necesidad de abrir el tanque
Housing que se puede rotar en cualquier dirección
Amplio rango de antenas
Fuente de alimentación Inteligente
Diseño de antena que permite su instalación en cualquier tipo de brida
Hpusing con compartimento dual
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8-31
Curso 2051
NIVELEspecificacionesEspecificaciones
Fuente de alimentación: 24-240 V DC or AC / 0-60 Hz
Salidas: FOUNDATION Fieldbus/HART/4-20 mA
Aprobaciones: FM (Explosion proof), CENELEC (Flameproof)
Housing: NEMA 4X, IP 66
Exactitud: ± 0.2” (± 5 mm)
Repetibilidad: ± 0.04 inch (± 1 mm)
Actualización de la medición: < 1 per sec
Rango de medición: Hasta164’ (50m) dependiendo de la antena
r : 1.6 dependiendo de la antena
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8-32
Curso 2051
NIVELEspecificaciones (Antenas)Especificaciones (Antenas)
Material: 316 / 316L SST, Teflon (PTFE) and O-ring materials Otros materiales para antena (Hastelloy, Monel, Tantalum) Limites de temperatura Std: -40 to +302 °F
(-40 to +150 °C) Limites de temperatura Opcional: up to +752 °F
(-40 to +400 °C) Limites de presión Std : Vacio Absoluto a 145 PSIG (10 Bar) Limites de presión Opcional: Hasta 798 Psig (55 Bar)
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