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Medicin de Nivel
En la industria, la medicin de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento del proceso como de la consideracin del balance adecuado de materias primas o de productos finales.
Dentro de los procesos industriales la medicin y el control de nivel se hace necesario cuando se pretende tener una produccin continua, cuando se desea mantener una presin hidrosttica, cuando un proceso requiere de control y medicin de volmenes de lquidos ; bien en el caso ms simple, para evitar que un lquido se derrame, la medicin de nivel de lquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirse en un problema ms menos difcil, sobre todo cuando el material es corrosivo abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo cuando se encuentra en un recipiente sellado.
282#
Medicin de nivel en lquidos
Se realiza de forma indirecta en base a:
La altura de lquido sobre una lnea de referencia,
La presin hidrosttica,
El desplazamiento producido en un flotador por el propio lquido contenido en el tanque del proceso,
Aprovechando caractersticas elctricas del lquido.
283#
Medicin de nivel en lquidos
Se dividen en tres tipos:
Los instrumentos de nivel de medida directa.
Los que miden el nivel aprovechando la presin hidrosttica.
Los que utilizan caractersticas elctricas del lquido.
284#
Instrumentos de nivel de medida directa
Los instrumentos de medida directa se dividen en:
Medidor de sonda
Medidor de cinta y plomada
Medidor de nivel de cristal
Medidor de flotador.
285#
Instrumentos de nivel por presin hidrosttica
Los que miden el nivel aprovechando la presin hidrosttica se dividen en:
Medidor manomtrico
Medidor de membrana
Medidor de tipo burbujeo
Medidor de presin diferencial de diafragma
286#
Instrumentos de nivel por caracterstica elctrica
Los que utilizan caractersticas elctricas del lquido se clasifican en:
Medidor conductivo
Medidor capacitivo
Medidor ultrasnico
Medidor de radiacin
Medidor lser
287#
Medidor de Sonda o regla
Consiste en una varilla o regla graduada, de longitud conveniente para introducirla dentro del depsito. La determinacin del nivel se efecta por la lectura directa de la longitud mojada por el lquido. En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presin atmosfrica. Se utiliza generalmente en tanques de gasolina.
288#
Medidor de cinta
Este sistema graduada y un plomo en la punta y opera bajo el principio de flotacin, en el que el flotador acta balanceado a un indicador o contrapeso que proporciona una indicacin directa del nivel. Se emplea cuando es difcil que la regla tenga acceso al fondo del estanque.
289#
Medidor de cinta
290#
Medidor de cinta y plomadaLIMITACIONES Baja presin Presin de operacin limitada a unas cuantas H2O manomticas
VENTAJAS
Construccin e instalacin simple
Bajo costo
Resistencia buena a la corrosin
Adaptable para transmisin
291#
Medidor de cristal (mirilla)
Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectador a bloques metlicos y cerrados por prensaestopas que estn unidos al tanque generalmente mediante tres vlvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del lquido en caso de rotura del cristal y una de purga.
El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones ms elevadas el cristal es grueso, de seccin rectangular y est protegido por una armadura metlica.
292#
Mirillas de vidrio bsicasMIRILLA DE VIDRIO CON EXTREMO ABIERTO OPEN-END SIGHT GLASS ESCALA SCALE
CLOSE-LOOP SIGHT GLASS MIRILLA DE VIDRIO CERRADO
(A) RECIPIENTE ABIERTO O VENTILADO (A) OPEN OR VENTED VESSEL
(B) PRESSURIZED VESSEL (B) RECIPIENTE PRESURISADO
ESCALA293#
Medidor de cristal (mirilla)
Generalmente se conocen como vidrios de nivel
CRISTAL CON ARMADURA
CRISTAL NORMAL
294#
Medidor de fuerza de flotacin
La fuerza producida por un cuerpo sumergido, la cual es igual al peso del fluido que dicho cuerpo desplaza se conoce como fuerza de flotacin.
Bajo este principio se tienen dos tipos de medidores:
Desplazadores (fuerza)
Flotadores (movimiento)
295#
Medidor tipo desplazador
Su operacin se basa en el principio de Arqumedes:
"Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado".
296#
Medidor tipo desplazador
Consiste en cuerpo inmerso, conocido como desplazador, en el lquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsin y unido rgidamente al recipiente. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior.
El tubo de torsin se caracteriza fundamentalmente porque el ngulo de rotacin de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada.
Al aumentar el nivel, el lquido ejerce un empuje sobre el desplazador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del lquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, as que el esfuerzo medido por el tubo de torsin ser muy pequeo. Por el contrario, al bajar el nivel, menor parte del desplazador queda sumergida, y la fuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor torsin.297#
Medidor tipo desplazador
El desplazador esta suspendido en la barra, lo que restringe su movimiento y evita su contacto con cualquier parte del recipiente en que es colocado. La varilla que conecta al desplazador con la barra de torsion esta diseada para absorber las fuerzas laterales.
298#
Caractersticas del desplazador
La precisin es del orden de r 0,5 % a r 1 % .
El instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y cerrados a presin o a vaco, tiene una buena sensitividad pero presenta el inconveniente del riesgo de depsitos de slidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisin de la medida y es apto slo para la medida de pequeas diferencias de nivel (2000 mm mximo como estndar).
299#
Caractersticas del desplazador
La caja del desplazador se construye de hierro o acero al carbn. La barra de torsin de K-monel como estndar. El desplazador esta construido de acero inoxidable 316.
La presin de trabajo es hasta 40 Kg/cm2 y 450 oC de temperatura. Sus conexiones pueden ser de 1 roscadas o de 2 bridadas.
Se considera a este dispositivo simple, confiable y adaptable a un rango amplio de variacin de nivel.
300#
Caractersticas del desplazadorLIMITACIONES Pesados y voluminosos No puede ser usado en lodos o en fluidos cubrientes
VENTAJAS
Requiere estopero
Adaptable a diferentes densidades de lquidos
Numerosos materiales de construccin para proporcionar resistencia a la corrosin
Inadecuado para usarse con fluidos turbulentos
Buena exactitud
Debe mantenerse sumergido
Convenientes para fluidos condensables
Fcil instalacin
Insensible a la presin del recipiente
Adecuados para la medicin de interfaces
301#
Medidor de flotador
Consiste en un flotador, esfera de metal hueca, ubicado en el seno del lquido unido, por medio de una varilla, a una flecha rotatoria y a un cojinete que en conjunto llevan el movimiento hasta un mecanismo transmisor de balance de movimientos. Para tener mxima sensitividad es necesario que el flotador se sumerja hasta su seccin ms ancha.
302#
Medidor de flotadorPolea de friccin baja
Resorte de tensin Flotador
Cinta
+
+
Nivel de lquido
Rueda de lectura digital+
Flotador303#
Medidor de flotador
Este tipo de dispositivo es el ms antiguo y el ms utilizado en la medicin de niveles en tanques abiertos y cerrados a presin o a vaco, y son independientes del peso especfico del lquido. Tiene el inconveniente de que las partes mviles estn expuestas al fluido y pueden romperse, adems el flotador debe mantenerse limpio. Los flotadores tienen una precisin de 0,5 %.
304#
Medidor manomtrico
Consiste en un manmetro conectado directamente a la parte inferior del tanque. El manmetro mide la presin debida a la altura de lquido h que existe entre el nivel del estanque y el eje del instrumento.
Como las alturas son limitadas, el rango de medida es bastante pequeo, de modo que el manmetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle.
305#
Medidor de tipo burbujeo
Este es uno de los mtodos mas antiguos en el que tubo (sumergido en el deposito hasta el nivel mnimo) se encuentra conectado a una fuente de gas con presin suficiente para vencer la presin hidrosttica generada por la columna de lquido, hasta producir una corriente continua de burbujas. La presin requerida para producir el flujo continuo de burbujas es la presin hidrosttica del lquido y conociendo la densidad del lquido se puede determinar su nivel.
Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con lquidos corrosivos con materiales en suspensin (el fluido no penetra en el medidor, ni en la tubera de conexin). 306#
Medidor de tipo burbujeo
307#
Medidor de tipo burbujeo
Los gases utilizados son generalmente aire e hidrgeno, lo que representa su mxima desventaja y por esa razn son poco utilizados.
La instalacin es econmica, particularmente para indicaciones locales o servicios limpios.
La exactitud depende del medidor de presin utilizado y de la uniformidad de la densidad del lquido a medir
308#
Caractersticas del Medidor de tipo burbujeoLIMITACIONES Dificultad para operarlos en recipientes a baja presin
VENTAJAS
Bueno para problemas severos de corrosin
Bajo costo
No utilizado en recipientes cerrados
Buena exactitud, depende de la calidad del medidor de presin utilizado
No utilizado en recipientes a presin
Bueno para uso con lodos
Funciona bien con fluidos turbulentos
309#
Medidor de presin diferencial
Este instrumento es el que mejor satisface los requerimientos de transmisin remota. La fuerza o el movimiento resultante es convertido a una seal normalizada de 3-15 Psig o 4-20 mA.
Consiste en un diafragma en contacto con el lquido del estanque, que mide la presin hidrosttica en un punto del fondo del estanque. En un estanque abierto esta presin es proporcional a la altura del lquido en ese punto y a su peso especfico, es decir: P = hJ g en la que: P = presin h = altura del lquido sobre el instrumento J = densidad del lquido g = 9,8 m/s2
310#
Medidor de presin diferencial
Seal para control
Seal para control
Tanque presurizado
311#
Medidor de presin diferencial
Las celdas o d/p cell, como se conocen, pueden instalarse en tanques atmosfricos o en tanques a presin, variando su esquema de instalacin.
312#
Medidor de presin diferencial
La precisin de los instrumentos de presin diferencial es de r 0,5 % en los neumticos, r 0,2 % a r 0,3 % en los electrnicos, y de r 0,15 % en los inteligentes con seales de salida de 420 mA C.D.
Un punto importante en la especificacin es el material del diafragma y debe ser el adecuado para resistir la corrosin del fluido (existen materiales de acero inoxidable 316, monel, tantalio, hastelloy B, inoxidable recubierto de tefln).
313#
Medicin de nivel con un transmisor de presin diferencialHmax = Altura total*U = 63*0.717 =45.171 cm H2O = 17.78 H2OLmax Nivel mximo
RECIPIENTE DE CARGA
Supresin = Lmin*U = 33*0.717 = 23.66 cm H2O = 9.31 H2O
Factor de cub 70.6 ml/cm 30 cm
De acuerdo a los valores de Hmax y supresin se selecciona el rango del transmisor de 0 30 H2O. Volumen del lquido: V (ml) = factor cub. (ml/cm) * Nivel (cm) Nivel del lquido L(cm) = (H(H2O)*2.54/U) Lmin (cm) V(ml) = (70.6 * H*2.54/U)-33314#
Lmin Nivel mnimo 33 cm
H
L
Transmisor de Presin Diferencial
Caractersticas del Medidor de presin diferencialLIMITACIONES Costo moderado a alto , especialmente cuando se requieren opciones especiales Variaciones en la densidad, ndice de errores en la medicin
VENTAJAS
Adecuados para medicin de nivel de interfaces
Buena exactitud
Disponible para aplicaciones de alta temperatura y presin
Funciona mejor con fluidos limpios pocos corrosivo
Fcil instalacin
Fcil calibracin
Con mucha experiencia y aos en la aplicacin
Compensacin por temperatura
315#
El medidor de nivel tipo capacitancia
Estos se basan en las propiedades elctricas de los materiales y en forma bsica existen dos tipos:
o Tipo resistivo o conductivo (Admitancia) o Tipo capacitivo (capacitancia)
316#
El medidor de nivel conductivo o resistivo
Consiste en uno o varios electrodos y un relevador elctrico o electrnico que es excitado cuando el lquido moja a dichos electrodos. El lquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrnico, y de este modo el aparato puede discriminar la separacin entre el lquido y su vapor, tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera de vapor.
317#
El medidor de nivel tipo resistivo para seales on-off
La impedancia mnima es del orden de los 20 M:/cm, y la tensin de alimentacin es alterna para evitar fenmenos de oxidacin en las sondas por causa del fenmeno de la electrlisis.
Cuando el lquido moja los electrodos se cierra el circuito electrnico y circula una corriente segura del orden de los 2 mA; el relevador electrnico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del lquido o ante cualquier perturbacin momentnea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados elctricamente en el circuito.
El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo,
318#
El medidor de nivel tipo resistivo para seales on-off
319#
El medidor de nivel tipo resistivo para seales continuas
En este tipo se mide la reactancia del sistema (suma de reactancia inductiva, que es despreciable, y la reactancia capacitiva)
320#
El medidor de nivel tipo resistivo para seales continuas
El hecho de considerar la resistencia, implcitamente en la admitancia, da las siguientes ventajas:
9Inmune a las adherencias e incrustaciones de la sonda.
9Adecuado para usarse con lquidos adherentes y espumosos.
9Puede ignorar variaciones en la composicin y temperatura del medio.
9Adecuado para la medicin de lodos y cualquier tipo de slidos
321#
Medidor de nivel capacitivo
Mide la reactancia capacitiva Xc del capacitor C, formado por el electrodo sumergido en el lquido y las paredes del recipiente, en base a una frecuencia conocida f. La capacidad del conjunto es lineal y depende del nivel del lquido.
Xc
1 2S fC
Para el clculo de la capacitancia en microfaradios, se toma el valor de la constante dielctrica K, y las dimensiones fsicas del capacitor A, B y L.
En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del lquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores.
322#
Medidor de nivel capacitivo
323#
Caractersticas del Medidor de nivel capacitivo
La precisin de estos medidores es de r 1 %. Se caracterizan por no tener partes mviles, son ligeros, presentan una buena resistencia a la corrosin y son de fcil limpieza. Su campo de medicin es prcticamente ilimitado.
Tiene el inconveniente de que la temperatura puede afectar las constantes dielctricas (0,1 % de aumento de la constante dielctrica/C) y de que los posibles contaminantes contenidos en el lquido puedan adherirse al electrodo variando su capacidad con lecturas errneas, en particular en el caso de lquidos conductores.324#
Medidor de nivel capacitivo
VENTAJAS
LIMITACIONES Usualmente requiere recalibracin si el fluido medido cambia su composicin o humedad
Sin partes mviles expuestas al fluido
til en servicios on-off y control continuo en un amplio rango de nivel Fcil instalacin
No puede ser usado con fluidos adherentes
Su medicin puede ser afectada por variaciones de temperatura
Ajuste remoto de span y cero en transmisores inteligentes
Opera con fluidos conductivos o no conductivos
Las sondas pueden resistir las condiciones mas severas
Relativamente de bajo costo
325#
Medidor de nivel ultrasnico
Se basa en la emisin de un impulso ultrasnico a una superficie reflectante y la recepcin del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captacin del eco depende del nivel del tanque. Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexin el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del slido o del lquido.
326#
Medidor de nivel ultrasnico
La precisin de estos instrumentos es de r 1 a 3 %. Son adecuados para todos los tipos de tanques y de lquidos o fangos pudiendo construirse a prueba de explosin. Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos y de dar seales errneas cuando la superficie del nivel del lquido no es ntida como es el caso de un lquido que forme espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos. La utilizacin de la computadora permite, a travs de un programa, almacenar el perfil ultrasnico del nivel, y as tener en cuenta las caractersticas particulares de la superficie del lquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisin de la medida.327#
Medidor de nivel ultrasnicoEmisor Detector
328#
Medicin ultrasnica
GENERATOR AND GENERADOR Y TRANSMITTER TRANSMISOR LOGIC AND LOGICA Y DISPLAY LECTURA
TIMING GENERADOR GENERATOR DE TIEMPO
RECEPTOR Y RECEIVER AND AMPLIFIER AMPLIFICADOR TRANSDUCTORES TRANSDUCERS
GANANCIA DE TIMED GAIN CONTROL CONTROL CRONOMETRADA
FORMA WAVE DE ONDA SHAPING
TREN DE PULSOS TRANSMITIDO TRANSMITTED BURST
RECEIVED BURST (ECHO) TREN DE PULSOS RECIBIDO (ECO)EL TIEMPO PROPORTIONAL ELAPSED TIMETRANSCURRIDO ES PROPORCIONAL A LA DISTANCIA TO DISTANCE
OBJECT BEING OBJETO A SER SENSED SENSADO
329#
El sistema de medicin de nivel radiactivo
Consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del estanque y con un contador que transforma la radiacin gamma recibida en una seal elctrica de corriente continua. Como la transmisin de los rayos es inversamente proporcional a la masa del lquido en el estanque, la radiacin captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del lquido ya que el material absorbe parte de la energa emitida. Los rayos emitidos por la fuente son similares a los rayos X, pero de longitud de onda es ms corta. La fuente radiactiva pierde igualmente su radiactividad en funcin exponencial del tiempo. La vida media (es decir, el tiempo necesario para que el emisor pierda la mitad de su actividad) vara segn la fuente empleada. En el cobalto 60 es de 5,5 aos y en el cesio 137 es de 33 aos y en el americio 241 es de 458 aos.
330#
El sistema de medicin de nivel radiactivo
331#
El sistema de medicin de nivel radiactivo
Las paredes del estanque absorben parte de la radiacin y al detector llega slo un pequeo porcentaje. Los detectores son, en general, detectores de cmara inica y utilizan amplificadores de c.c. o de c.a. El instrumento dispone de compensacin de temperatura, de linealizacin de la seal de salida, y de reajuste de la prdida de actividad de la fuente de radiacin. Como desventajas en su aplicacin figuran el blindaje de la fuente y el cumplimiento de las leyes sobre proteccin de radiacin. La precisin en la medida es de r 0,5 a r 2 %, y el instrumento puede emplearse para todo tipo de lquidos ya que no esta en contacto con el proceso. Su lectura viene influida por el aire o los gases disueltos en el lquido.
332#
El sistema de medicin de nivel radiactivo
El sistema se emplea en caso de medida de nivel en estanques de acceso difcil o peligroso. Es ventajoso cuando existen presiones elevadas en el interior del tanque que impiden el empleo de otros sistemas de medicin. Hay que sealar que el sistema es caro y que la instalacin no debe ofrecer peligro alguno de contaminacin radiactiva siendo necesario sealar debidamente las reas donde estn instalados los instrumentos y realizar inspecciones peridicas de seguridad.
333#
El sistema de medicin de nivel radiactivo
Detector
Fuente de radiacin334#
Medidor de nivel Lser
Se utiliza en aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y donde los instrumentos de nivel convencionales fallan; tal es el caso de la medicin de metal fundido, donde la medida del nivel debe realizarse sin contacto con el lquido y a la mayor distancia posible por existir unas condiciones de calor extremas. El sistema consiste en un rayo lser enviado a travs de un tubo de acero y dirigido por reflexin en un espejo sobre la superficie del metal fundido. El aparato mide el tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retorno que es registrado en un fotodetector de alta resolucin, y este tiempo es directamente proporcional a la distancia del aparato emisor a la distancia a la superficie del metal en fusin, es decir, da la lectura del nivel.
335#
Sistema de nivel por radarLECTURA REMOTE DISPLAY REMOTA
MDULO MICROWAVE ELECTRNICO ELECTRONIC DE MUCROONDAS MODULE
ANTENA RADAR ANTENNA DE RADARTANK ATMOSPHERE ATMOSFERA DEL TANQUE
TEMPERATURE SENSOR DE SENSOR TEMPERATURA336#
Paletas rotativas
337#
Problemas comunes en la medicin de nivel
Lneas conectadas Lquido espuma Lquido agitacin Pierna seca/pierna hmeda Supresin y elevacin de cero Otros?
338#
Criterios de seleccin de los medidores de nivel
La seleccin depende de algunos aspectos, como los que a continuacin se mencionan:
Condiciones de operacin Exactitud Costo Instalacin Mantenimiento y operacin Calibracin Confiabilidad
339#
Caractersticas de medidores de nivelFLOTADOR TIPO CINTA BURBUJEO D/P CELL CAPACI TANCIA 0.5% del span ADMITAN CIA 0.5% del span 1% a 3% 1% a 2% 1% del rango 0.5% a 2% del span
CARACTE RSTICA
DESPLA ZADOR
Exactitud
0.1% a 0.3%
Rango recomenda ble Analgica Analgica o digital Requerido Requerido Inherente Analgica Analgica o digital
14 a 48
1/4 a 14
1 a 35 ft
Igual a la altura del tanque
4 a 1000 H2O
6 a 100 ft
1/2 a 100 ft
Salida
Analgica
Analgica o digital Inherente
Analgica o digital Inherente
Unidad secundaria Lquidos Lquidos Lquidos
Integral
Integral
Servicios
Lquidos Interfaces
Lquidos Interfaces
Lquidos Interfaces Slidos 300 oC con sello 500 oC
Lquidos Interfaces Slidos 850 oC
Temp. max.
-150 a 500 oC 150 Kg/cm2 4 Kg/cm2
-150 a 500 oC
150 oC
100 oC
Presin max.
200 Kg/cm2
Cercana a la atmsferica De acuerdo al medidor asociado
100 Kg/cm2
200 Kg/cm2
300 Kg/cm2
Sensitividad
0.75% del rango
1%
1%
0.75%
0.1 % del span
0.1 % del span
Suministro de energa
Al transmisor
Al transmisor
Al transmisor
sensor/ transmisor
Al transmisor
sensor/ transmisor
sensor/ transmisor
340#