SENSOR DE NIVELRAYOS GAMMA

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES “ECCI”

GIOVANNY AGUSTÌN VASQUEZNILSA LORENA FUENTES OSORIOTERRY JULIETH MENA SANCHEZ

10ANBOGOTA, OCTUBREBRE 2013

INTRODUCCIÓN

La mayoría de las industrias buscan por medio de los diferentes sensores no solo una reducción a nivel económico sino una mejora a un proceso productivo, los sensores de nivel son los encargados de asegurar en su mayoría la presencia ya sea de productos o materiales prima, como cambien la presencia de producto terminado.

Los diferentes tipos de sensores de nivel permiten que según la escala y el presupuesto económico del proyecto se puedan implementar desde sensores de nivel económicos como por ejemplo tipo diafragma, hasta sensores tipo rayos gamma de elevado costo.

Algunos sensores de nivel deben contar no solo con el apoyo electrónico, sino también con el apoyo del diseño industrial puesto que no todos los espacios en los que se pretende medir caudal son de fácil acceso, o inclusive nuevos proyectos no pueden modificar su infraestructura y requieren soluciones que puedan ser implementadas sin modificar su estructura. La solución más simple son los sensores que no requieren un contacto directo con la variable a medir pero a menudo el costo de esta implementación significa una gran inversión económica.

Este documento busca indicar y caracterizar los sensores de nivel tipo Rayos gamma puesto que son utilizados para proyecto de gran envergadura.

1. MARCO TEÓRICO

Los rayos gamma se consideran un tipo de radiación electromagnética, y por tanto constituida por fotones, producida generalmente por elementos radiactivos o por procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. También se genera en fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa y la beta. Pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo cual se usan para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La energía de esta naturaleza se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un MeV corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10-11 m o a frecuencias superiores a 1019 Hz. (1)

En 1986 Becquerel descubrió la radiación del Urano. Actualmente campos como la medicina entre otros utilizan los rayos gamma en terapias y diagnósticos, mientas que en sectores más industriales se utilizan para la inspección de soldaduras y análisis de la materia.

En la medición radiométrica, una fuente radiactiva débil emite rayos gamma colimados. Como fuente se utiliza principalmente un isótopo de cesio 137 o cobalto 60. Un detector especial, situado en la parte opuesta del depósito, recibe la radiación. El cristal de centelleo transforma la radiación en destellos, cuya cantidad se registra y analiza. Dado que los rayos gamma se debilitan al atravesar la materia, el equipo puede detectar el nivel, medir el nivel, la densidad o el caudal másico, a partir de la intensidad de la radiación entrante, es decir, a partir de la cantidad de destellos.(2)

Los sensores de nivel tipo Rayos gamma son apetecidos por sus diversas cualidades para soportar  temperaturas extremas, presiones de proceso elevadas y condiciones de montaje adversas.

La radiactividad es un tema sensible con el que se tiene especial cuidado. En la medición radiométrica se descarta una contaminación de los productos a medir o de las personas. La fuente radiactiva está protegida por una doble cápsula de acero inoxidable y se protege de forma fiable mediante una cubierta de plomo adicional. Una carcasa compacta de acero la protege contra daños mecánicos o corrosión debido al medio.

En la medición radiométrica el producto a medir no se contamina ni modifica. Simplemente se queda como está. (3)

1.1 COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO

El medidor de nivel de punto opera sobre la base del principio de absorción de rayos gama.

Comprende una fuente de emisión de rayos gama y un detector apropiado de rayos gama montados sobre lados opuestos. A medida que el nivel de proceso aumenta el detector está protegido de los rayos gama a causa de la absorción de los rayos en el material de proceso. El detector ofrece una salida de relé sin tensión para indicar el cambio de estado.

Una fuente de rayos gama puede servir a más de un detector de nivel para aplicaciones de nivel multipunto, por ejemplo: alarma de baja y baja-baja, etc.

Esta medición no-invasiva no se ve afectada por la presión de proceso, temperatura, polvo, viscosidad, características refractarias, etc. y no sufre el desgaste y corrosión normalmente asociados a sistemas de medición invasivos.

Los detectores gama se suministran en dos formatos: detector con transmisor electrónico de montaje remoto o detector con electrónica de procesamiento integrada. (4)

El proceso básico de detección se observa en la figura 1.

Figura 1.

Los sensores de nivel de rayos gamma son costosos por sus componentes y todo el equipamiento necesario para su supervisión y calibración.

Suelen utilizarse en tanques cerrados que a menudo contienen productos corrosivos, altas presiones y temperatura muy altas.

El sistema de medición de nivel radiactivo; consiste en un emisor de rayos gammamontado verticalmente en un lado del estanque y con un contador que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente continua. Como la transmisión de los rayos es inversamente proporcional a la masa del líquido en el estanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida.

Los rayos emitidos por la fuente son similares a los rayos X, pero de longitud de onda más corta. La fuente radiactiva pierde igualmente su radiactividad en función exponencial del tiempo. La vida media (es decir, el tiempo necesario para que el emisor pierda la mitad de su actividad) varía según la fuente empleada. En el cobalto 60 es de 5,5 años y en el cesio 137 es de 33 años y en el americio 241 es de 458 años.

Las paredes del estanque absorben parte de la radiación y al detector llega sólo un pequeño porcentaje. Los detectores son, en general, detectores de cámara iónica y utilizan amplificadores de c.c. o de c.a. El instrumento dispone de compensación de temperatura, de linealización de la señal de salida, y de reajuste de la pérdida de actividad de la fuente de radiación. Como desventajas en su aplicación figuran el blindaje de la fuente y el cumplimiento de las leyes sobreprotección de radiación.

La precisión en la medida es de ± 0,5 a ± 2 %, y el instrumento puede emplearse para todo tipo de líquidos ya que no está en contacto con el proceso. Su lectura viene influida por el aire o los gases disueltos en el líquido.(5)

La figura 2 señala lo versátil que puede ser este tipo de sensor teniendo en cuenta que el detectos puede colocarse en sitios de difícil acceso siempre y cuando haya una línea de vista invisible con su fuente radiológica.

Figura 2.

APLICACIONES

Lechada de cal, proceso de la producción y control de carbón.

Control de materias primas de los componentes del cemento.

Medición de nivel a pesar de la rotación y el calor del fundido de poliéster.

Detección de nivel segura en la producción de celulosa.

CONCLUSIONESLos sensores de nivel tipo rayos gamma no solo son la solución a sistemas que no puedan ser modificados, sino a su vez ofrecen la posibilidad de ser implementados por periodos cortos de tiempo. Los cuidados que deben tenerse con este tipo de sistema no solo requieren ce capacitación constante sino que deben incentivar nuevas posibles soluciones.

Pocas serán las industrias colombianas que cuenten con estos sensores, pero su versatilidad puede obligar a que en un futuro las grandes industrial cuenten con al menos uno de estos en sus instalaciones.

Como aporte se sabe que en Colombia se certifican al menos 1 vez cada 4 años veinte personas ante el ingeominas en el manejo de fuentes radioactivas.

REFERENCIAS WEB(1). http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma(2). y (3). http://www.vega.com/downloads/PR/ES/36050-ES.PDF(4). http://process-auto.com/spanish/gamma_point_level_gauges.htm(5). http://mediciondenivelesantech.blogspot.com/2008/12/el-sistema-de-medicin-de-nivel.html(6).

Otras referencias.

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lfa/bautista_a_md/capitulo4.pdf