Medidores de Nivel
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Medidores de Nivel
FAC TEC
Medidores de Nivel
Realizado:
Fecha:
Potosí 15/11/2018
Medidores de Nivel
Índice
1 Introducción.................................................................................................................... 10
2 Antecedentes.................................................................................................................. 20
3 Justificación..................................................................................................................... 30
4 Planteamiento del problema ......................................................................................... 40
5 Objetivos ......................................................................................................................... 50
6 Metodología de investigación ....................................................................................... 60
7 Marco teórico ................................................................................................................. 66
8 Presupuesto .................................................................................................................... 70
9 Conclusiones y recomendaciones ................................................................................ 90
10 Bibliografía ...................................................................................................................... 90
11 Anexos ........................................................................................................................... 100
Introducción
Las nuevas tecnologías nos permiten desarrollar industrias, donde la medición de nivel
es demasiado importante, desde la percepción critica del funcionamiento correcto del
proceso o la optimización de recursos.
La instrumentación electrónica, es hoy ‘inteligente’, por las diferentes variables que nos
permiten medir. En la medida del nivel, obtener una exactitud en lecturas altas y críticas
para diferentes procesos de la planta es lo ideal, para optimizar sus recursos y sus
productos eficientemente.
Con este tipo de tecnologías y entre ellos el transmisor de nivel ‘inteligente’ hace posible
y es cada vez más fácil una interpretación del nivel real, eliminar falsas alarmas y la
calibración de aparatos en cualquier punto de la línea de transmisión.
COMPLETAS ELO!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
1.1.1 Instrumentos basados en características electricas del liquido
Circuito
electrónico
Max. 3000 mm
Rebosamiento
Max. 3000 mm
Punto de umbral 1
(prevención de
sobrellenado)
Alarma nivel
bajo
𝐴
𝐶=𝐾×
𝐷
El sistema utiliza RF, debe considerarse la impedancia (Z), que es la oposición al flujo de
corriente:
1 1
𝑍=𝑅+ =
√1 × 2𝜋 × 𝑓 × 𝐶 𝑘′ × 𝑓 × 𝐶
R, resistencia en omhs
C, capacitancia en picofaradios (pF)
f, frecuencia de medida (RF)
En el condensador, la distancia entre el electrodo y las paredes del tanque y el área de los
conductores permanecen constantes, de modo que la única variable es el área bañada
por el líquido, es decir el nivel.
𝐴
𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑝𝐹) = 𝐾2 − 𝐾1 ×
𝐷
Cuanta mas alta sea la diferencia entre K2 y K1 mas fácil será la lectura. Si la diferencia es
pequeña (0.5 pF) será necesario usar un circuito electrónico de alta sensibilidad.
Método A. resta la componente capacitiva de la señal total de salida, con lo que la señal
de error se cancela.
Conductancia Electrodo
Recubrimiento
Blindaje (+5V) Pared
del tanque
Medida (+5V)
El circuito electrónico tiene una señal de salida 4 – 20 mA c.c. o una señal digital
compatible con las comunicaciones HART, FOUNDATION Fielbus, etc. La exactitud es del
± 0.25%. El alcance mínimo es de 4 pF y el limite superior del intervalo de medida es de
2500 pF.
En fluidos conductores, con una conductividad mínima de 100 µΩ/c.c., el electrodo esta
aislado, usualmente con teflón, interviniendo las capacidades adicionales entre el
material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
El montaje del electrodo no debe ser afectado por el impacto del líquido que entra en el
depósito. La medición de nivel en tanques metálicos de gran diámetro con líquidos de
baja constante dieléctrica, tal como el almacenamiento de hidrocarburos, presenta
problemas. Se resuelven seleccionando electrodos concéntricos y montándolos en
posiciones, libres del choque con el fluido durante la carga del tanque (la capacitancia
fluctúa).
d2
Nivel
Figura 4. Transductor ultrasónico de nivel
𝑣×𝑡
ℎ=
2
La aplicación típica es situar el emisor en la parte superior del tanque y dirigir el impulso
ultrasónico a la superficie del líquido para ser reflejado y retornar al receptor (Figura 5).
El transductor del receptor realiza los cálculos para convertir esta distancia en el nivel del
líquido En el tanque.
Útil para determinar si en un tanque o
tubería hay o no líquido, ya que el tipo de
eco es distinto.
Sensor
Figura 8. Diagrama de bloques de un
sistema de medida de ultrasonidos
TRANSMISOR TRANSMISOR 4
ORDENADOR – 20 mA c. c.
RECEPTOR y/o digital
La utilización del microprocesador permite, a través de un programa, almacenar el perfil
ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie
del líquido, como la espuma, compensando con el software los falsos ecos y las
variaciones de velocidad del sonido, con lo cual se mejora la exactitud de la medida. Por
otro lado, el ordenador facilita la conversión del nivel a volumen del tanque para usos de
inventario y, además, proporciona características de auto comprobación (self - checking)
del instrumento.
𝑣 × 𝑑𝑡
𝑑=
2
𝑐
𝑣=
√𝑒
se indica con esta formula que la velocidad de la microonda a través del aire (u otro gas o
vapor) es igual a la velocidad de la luz dividida por la raíz cuadrada de la constante
dieléctrica del gas o vapor. El valor de e se acerca a 1 la variación de la velocidad es
depreciable, se afirma que la espuma no interfiere con el radar y no es un problema como
sucede con el medidor de nivel de ultrasonidos. Otra ventaja es las señales de medida del
nivel son FM lo que suprime ruidos parásitos del tanque q se encuentran en AM.
Si e llega a ser baja, pueden presentarse problemas en la medida ya que, en este caso, la
energía reflejada es muy pequeña. El agua (𝜀𝑟 = 80) produce una reflexión excelente en
la superficie del líquido.
Transmisor Señal
salida
Impulso
Guía ondas
Impulso
reflejado
Otro tipo de detector consiste en un haz de fibras ópticas que transmiten los fotones
luminosos, creados en la estructura cristalina (dotada de materiales dopantes) cuando
reciben la radiación gamma, a un tubo fotomultiplicador.
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.
Planta
Fuente
radiactiva Detector
Nivel mínimo
45° máx.
Paso de la
radiación
Nivel mínimo
Plataforma
Alzado
Las paredes del tanque absorben parte de la radiación y al detector sólo llega un pequeño
porcentaje. Los detectores son, en general, tubos Geiger o 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, extremo este último a tener en cuenta para conservar la misma
exactitud de la puesta en marcha. Como desventajas en su aplicación figuran el blindaje
de la fuente y el cumplimiento de las leyes sobre protección de radiación, que en nuestro
país están reglamentadas por el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN).
La intensidad de la radiación recibida por el detector depende del isótopo del emisor, de
la densidad y demás características físicas del fluido, del espesor de las paredes del
recipiente, del espesor de los aislamientos y de la distancia emisor/receptor,
prefiriéndose el método en el que la fuente de radiación sea de menor actividad. Los
microprocesadores han aportado una mayor sensibilidad a este tipo de medida de nivel,
permitiendo una mayor duración de aprovechamiento de la fuente y una mayor seguridad
para el personal, ya que puede utilizarse la fuente con menores niveles de radiación.
En aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y donde los instrumentos de nivel
convencionales fallan, encuentra su aplicación el medidor láser (también el de radiación).
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.
𝑐×𝑡
𝑑=
2
d, distancia
c, velocidad de la luz
t, tiempo transcurrido
La señal láser de onda continua está modulada en alta frecuencia y cambia de fase al
chocar contra el nivel de líquido. Cuando alcanza el receptor, el circuito electrónico calcula
la distancia midiendo el desfase entre la onda emitida y la recibida, la frecuencia y la
longitud de onda.
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.
El rayo láser emitido tiene muy poca divergencia por lo que puede dirigirse a través de
pequeños espacios u orificios (50 mm diámetro) y es ideal en depósitos con obstrucciones.
La velocidad en la toma de datos del nivel puede llegar a 3 lecturas por segundo. La
energía del rayo láser está limitada para que no sea necesario gafas de seguridad. Es un
instrumento relativamente caro, pero es más económico que el de radiación.
Mirilla de
Laser vidrio
Fotodetector
Fuente de luz Haz de
luz Laser
Distancia de Luz
separación dispersa
Intervalo de
medida
transmisor presión
vapor, liquido
transmisor
temperatura
𝑃𝑖𝑛𝑓 − 𝑃𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
ℎ𝑚𝑖
𝑃1 − 𝑃𝑠
𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 = + ℎ𝑖
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 =
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑
La temperatura media tomada entre la parte inferior y la media del tanque permite
corregir la densidad y el volumen calculados.
PT – 3 Nivel Tabla capacidad
(transmisor presión vapor) tanque
Los detectores de nivel de punto fijo proporcionan una medida en uno o varios puntos
fijos determinados. Los sistemas más empleados son el diafragma, los interruptores de
nivel alto con sonda, el capacitivo, las paletas rotativas, el de vibración y el medidor de
radar de microondas.
Los medidores de nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel desde el
punto más bajo al más alto. Entre los instrumentos empleados se encuentran el de sondeo
electromecánico, el de báscula, el capacitivo, el de ultrasonidos, el de radar de
microondas, el de radiación y el láser, pueden verse los sistemas de medición de nivel de
sólidos fijos y continuos.
El material del diafragma puede ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio. El medidor
de diafragma tiene la ventaja de su bajo coste y trabaja bien con materiales de muy
diversa densidad.
diafragma
Tanque
Interruptor
Medidor de Diafragma
Línea N1G, Kobold
Las paletas rotativas consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira
continuamente a baja velocidad accionado por un motor síncrono.
Detector de vibración
SITRANS LVS100, SIEMENS
Éste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el lecho de sólidos.
En este instante, el cable se afloja y un detector adecuado invierte el sentido del
movimiento del peso con lo que éste asciende hasta la parte superior de la tolva, donde
se para, repitiéndose el ciclo nuevamente. Un indicador exterior señala el punto donde el
peso ha invertido su movimiento, indicando así el nivel en aquel momento. El instrumento
se caracteriza por su sencillez, puede emplearse en el control de nivel, pero debe ser muy
robusto mecánicamente para evitar una posible rotura del conjunto dentro de la tolva, lo
que podría dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.
Programador
y detector
Indicador
Motor
La medida está limitada a materiales, en forma granular o en polvo, que sean buenos
aislantes, la presión y temperatura máximas de servicio pueden ser de 50 bar y 150 °C y
el aparato debe calibrarse para cada tipo de material.
Como la superficie de la mayor parte de los productos sólidos reflejan, en mayor o menor
grado, los ultrasonidos, el sistema es adecuado para la mayor parte de los sólidos con
mucho polvo, alta humedad, humos o vibraciones, y puede emplearse tanto en materiales
opacos como transparentes. Sin embargo, si la superficie del material no es nítida, el
sistema es susceptible de dar señales erróneas.
El medidor de nivel láser envía impulsos desde el sensor hasta el nivel de sólido y capta el
impulso reflejado, calculando la distancia por la multiplicación entre la velocidad de la luz
y la mitad del tiempo que ha tardado el haz entre el emisor y el receptor del pulso,
después de reflejarse éste en la superficie del sólido. Tiene la ventaja de que no hay
dispersión del haz de luz, no existen falsos ecos y el haz puede dirigirse hasta distancias
de 75 m y a espacios tan pequeños como 25 cm2.