Trabajo De Nivel

Republica Bolivariana de Venezuela Universidad del Zulia Unidad de Postgrado de Ingeniería Maestría Gerencia de Mantenimiento

MEDIDORES DE NIVEL

Realizado por: Jose Carrillo C:I: 14.116.960

INTRODUCCIÓN

En las actividades industriales, los insumos y las cargas de trabajo no son infinitas, constantemente se deben estar proveyendo materiales para mantener las operaciones. Ahora, en qué momentos se deben hacer recargas de materiales u otros insumos. Deben existir mecanismos para determinar con precisión los estatus generales de los elementos necesarios para el funcionamiento industrial, más allá de la planificación económica y los cronogramas de actividades que prevén los momentos en los que se requerirán implementos. Frecuentemente ocurren situaciones inesperadas quedó desvían un poco las planificaciones. Entonces, los procesos industriales deben tener algún tipo de dispositivo que controle los niveles de insumos que se disponen y que se van consumiendo. Estos son los medidores de niveles. En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del balance adecuado de materias primas o de productos finales. Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y de sólidos que son dos mediciones claramente diferenciadas por sus distintas peculiaridades y las aplicaciones particulares de las que son objeto. La utilización de instrumentos electrónicos con microprocesador en la medida de otras variables, tales como la presión y la temperatura, permite añadir “inteligencia” en la medida de nivel, y obtener precisiones de lectura altas, del orden de ± 0.2 %, en el inventario de materias primas o finales o en transformación en los tanques de los procesos.

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NIVEL Es la distancia existente entre una línea de referencia y la superficie del fluido, generalmente dicha línea de referencia se toma como fondo del recipiente. Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y de sólidos que son dos mediciones claramente diferenciadas por sus distintas peculiaridades y las aplicaciones particulares de las que son objeto. MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDO Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo, la altura de líquido sobre una línea de referencia (medición directa), la presión hidrostática, el desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenido en el tanque del proceso, o bien aprovechando características eléctricas del líquido (medición indirecta). Los instrumentos de medida directa se dividen en: • • • •

Medidor de sonda Medidor de cinta y plomada Medidor de nivel de cristal Medidor de flotador.

Los aparatos de medición indirecta se divide en: •

Los que aprovechan la presión hidrostática se dividen en: 1. 2. 3. 4.

•

Los que utilizan características eléctricas del líquido se clasifican en: ! 1. 2. 3. 4. 5.

1.

Medidor manométrico Medidor de membrana Medidor de tipo burbujeo Medidor de presión diferencial de diafragma

Medidor conductivo Medidor capacitivo Medidor ultrasónico Medidor de radiación Medidor láser

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DIRECTA

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MEDIDOR DE SONDA: Consiste en una varilla o regla graduada, de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación del nivel se efectúa por lectura directa de la longitud mojada por el líquido. En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presión atmosférica. Se utiliza generalmente en tanques de fuel oil o gasolina. Otro medidor consiste en una varilla graduada, con un gancho que se sumerge en el seno del líquido y se levanta después hasta que el gancho rompe la superficie del líquido. La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del estanque representa indirectamente el nivel. Se emplea en estanques de agua a presión atmosférica.

MEDIDOR DE CINTA O PLOMADA: Este sistema es parecido a los anteriores, consta de una cinta graduada y un plomo en la punta. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso al fondo del estanque.

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MEDIDOR DE NIVEL DE CRISTAL: El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están al tanque generalmente mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una purga. El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta de 7 kg/cm2. A presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y esta protegida por una armadura metálica. La lectura del nivel se efectúa con un cristal a reflexión o bien por transparencia. En el primer caso, el vidrio en contacto con el líquido esta provisto de ranuras longitudinales que actúan como prismas de reflexión indicando la zona del liquido con un color oscuro casi negro y la zona superior en contacto con el vapor de color claro. En la lectura por transparencia empleada para apreciar el color, características las interfaces del líquido, éste está contenido entre dos placas de vidrio planas y paralelas que permiten ver directamente el nivel, mejorándose la apreciación visual al acoplar una lámpara de iluminación al sistema. Para mayor seguridad, las válvulas de cierre incorporan una pequeña bola que actúa de retención en caso de rotura del vidrio. Los niveles de vidrio son susceptibles de ensuciarse por las características del líquido que miden, impidiendo que el nivel pueda apreciarse claramente. Entre los líquidos que presentan este inconveniente figuran el caramelo y los líquidos pegajosos. El nivel de vidrio permite sólo una indicación local, si bien pueden emplearse espejos para lectura a distancias limitadas o bien utilizar cámaras de televisión para mayores distancias de transmisión. Su ventaja principal es la gran seguridad que ofrece en la lectura del nivel del líquido pudiendo controlar con ellos la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel. Cristal con armadura

Cristal normal

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MEDIDOR DE FLOTADOR: La medición de nivel con instrumentos de flotador es menos común en la industria en general, pero se emplea muy frecuentemente en el campo del tratamiento de aguas potables y de desechos. Hay que señalar que en estos instrumentos, el flotador puede tener formas muy variadas y estar formado por diversos materiales según sea el tipo de fluido. Básicamente, consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior de un tanque indicando directamente el nivel, donde dicha conexión puede ser: Directa, Magnética o Hidráulica. • Flotador de conexión de directa: Este modelo de flotador es, generalmente, una pieza metálica hueca de forma circular, con alambres de guía que van de la parte superior a la inferior del tanque, para limitar su movimiento. Constituye el modelo más antiguo y el más utilizado en tanques de almacenamiento de gran capacidad como los de fuel-oil y gas-oil. El flotador de conexión directa está unido por una cadena o cinta flexible que desliza en un juego de poleas a un indicador de nivel exterior que señala sobre una escala graduada. Este indicador está provisto de un contrapeso de tal manera que la cinta o cadena se mantenga tensa. Por otro lado, este tipo de instrumento tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse. Además, el tanque no puede estar sometido a presión y es esencial que el flotador se mantenga limpio.

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• Flotador acoplado magnéticamente: Este instrumento de medición de nivel consta de un flotador desliza exteriormente a lo largo de un tubo de guía sellado, situado verticalmente en el interior del tanque. Dentro del tubo, una pieza magnética o imán, suspendida por medio de una cinta o cable, sigue al flotador en su movimiento y mediante el cable y un juego de poleas arrastra el índice de un instrumento situado en la parte superior del tanque. Además, este instrumento puede tener interruptores de alarma y transmisor incorporados. El flotador y el tubo de guía, que están en contacto con el fluido que se está midiendo, se producen en una gran variedad de materiales, tomando en cuenta condiciones de resistencia a la corrosión y para soportar altas presiones o vacío. En

tanques

pequeños,

el

flotador

puede

adaptarse

para

actuar

magnéticamente sobre un transmisor neumático o eléctrico dispuesto en el exterior del tanque que capta la variable de proceso, nivel, y la transmite a distancia hacia el instrumento indicador, permitiendo así un control de nivel. Una aplicación típica la constituye el control de nivel de una caldera de pequeña capacidad de producción de vapor.

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2.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN INDIRECTA

a)

APROBECHANDO LA PRESIÓN HIDROSTATICA

Estos instrumentos miden el nivel de un líquido aprovechando la presión hidrostática. Entre ellos, podemos mencionar el medidor manométrico, el medidor de tipo burbujeo y el medidor de presión diferencial. 1.- MEDIDOR MANOMETRICOS Consiste en un manómetro conectado directamente a la inferior del estanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido h que existe entre el nivel del estanque y el eje del instrumento. Así pues, el rango de medida del instrumento corresponderá a: 0 – (h · γ · g) h = altura de líquido en m

γ = densidad del líquido en Kg/m3 g = 9,8 m/s2 Como las alturas son limitadas, el rango de medida es bastante pequeño, de modo que el manómetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle. El instrumento sólo sirve para fluidos limpios ya que si el líquido es corrosivo, coagula o bien tiene sólidos en suspensión, el fuelle puede destruirse o bien bloquearse perdiendo su elasticidad; por otra parte, como el rango de medida es pequeño y no es posible utilizar sellos de diafragma. La medida está limitada a estanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido. MEDIDOR DE TIPO BURBUJEO Los sistemas de burbujeo (o de purga continua) realizan la medición de nivel determinando la presión requerida para que un flujo constante de aire venza la presión hidrostática de un líquido. Al salir el aire, lo hace a manera de burbujeo, de ahí el nombre del sistema.

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Utiliza la variación de presión hidrostática causada por la columna de líquido dentro del recipiente cuyo nivel se quiere medir, se instala una tubería vertical, el extremo abierto de la tubería se hace coincidir con el punto de nivel cero. El otro extremo de la tubería se conecta a una fuente de aire regulado y a un medidor de presión. Cuando se desea realizar la medición de nivel el aire de alimentación se ajusta de modo que la presión sea ligeramente superior a la presión ejercida por la columna del líquido. La presión indicada por el medidor es proporcional al nivel de líquido. El método de burbujeo es simple y da buen resultado, en particular, en el caso de líquidos muy corrosivos o con sólidos en suspensión y en emulsiones. No es recomendable su empleo cuando el fluido de purga perjudica al líquido, tampoco para fluidos altamente viscosos donde las burbujas formadas del aire o del gas de purga presentan el riesgo de no separarse rápidamente del tubo. Desde el punto de vista de su mantenimiento, es muy útil situar una T con un tapón en la parte superior del tubo para su limpieza periódica.

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MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL O DE DIAFRAGMA Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto, esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. Es decir, P = H · γ

· g,

P es la presión H la altura del líquido sobre el instrumento

γ

la densidad

g la aceleración de la gravedad. El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial. En el tipo más utilizado, el diafragma está fijado en un flanje que se monta rasante al estanque para permitir si dificultades la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y líquidos con sólidos en suspensión, pudiendo incluso ser de montaje saliente para que el diafragma enrase completamente con las paredes interiores del estanque tal como ocurre en el caso de líquidos extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo. La precisión de los instrumentos de presión diferencial es de ±0,5 % en los neumáticos, ±0,2 % a ±0,3 % en los electrónicos, y de ±0,15 % en los “inteligentes” con señales de salida de 4-20 mA c.c. Hay que señalar que el material del diafragma debe ser el adecuado para resistir la corrosión del fluido (existen materiales de acero inoxidable 316, monel, tantalio, hastelloy B, inoxidable recubierto de teflón). Una de sus principales ventajas es que no tienen partes móviles dentro del tanque, son de fácil limpieza, precisos y confiables, admiten temperaturas del fluido hasta 120º C y no son influidos por las fluctuaciones de presión.

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Sin embargo, en tanques cerrados presentan el inconveniente de la posible condensación de los vapores del tanque en el tubo de conexión al instrumento. Este inconveniente se elimina fácilmente con el resorte de supresión nombrado anteriormente. Hay que señalar que el material del diafragma debe ser el adecuado para resistir la corrosión del fluido.

h

H

Medidor de Presión diferencial

b) APROBECHANDO LAS CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL LIQUIDO 11

Estos se emplean principalmente para regular el nivel en un punto o entre dos puntos sin ninguna medición intermedia. Entre ellos se encuentran: •

Medidor conductivo

•

Medidor capacitivo

•

Medidor ultrasónico

•

Medidor de radiación

•

Medidor de Láser

•

Medidor de Rayos Gamma.

MEDIDOR CONDUCTIVO Consiste en instalar uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja dichos electrodos. Los electrodos se colocan en el tanque en los puntos de detección de nivel, aislado eléctricamente del tanque y alimentados con una fuente de bajo voltaje. Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito y circula una corriente segura del orden de los 2 mA. Se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo. Ventajas •

Bajo costo

•

Puede detectar materiales conductivos en el proceso

•

Es un instrumento versátil, sin partes móviles.

Desventajas •

Solo para líquidos conductores

•

No puede usarse para medición continua

• Precio típico: $100 a $1000 12

• Temperatura máxima: 1800°F (980°C) • Exactitud: 0.125" (3mm)

MEDIDOR CAPACITIVO Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido. En fluidos no conductores se emplea una probeta de capacitancia y la pared del tanque, los cuales forman las placas del capacitor.

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El liquido actúa como dieléctrico a medida que el liquido sube entre el espacio de las dos placas, se produce una variación de la capacitancia la cual es usada para dar una señal proporcional al nivel. La probeta debe estar aislada eléctricamente del tanque.

En fluidos conductores la probeta de capacidad se aísla eléctricamente del tanque y del líquido; generalmente se utiliza una cubierta de teflón sobre el electrodo. El líquido actúa como una segunda placa del capacitor y el aislante sobre el electrodo primario actúa como el dieléctrico. El circuito electrónico alimenta el electrodo a una frecuencia elevada, lo cual disminuye la reactancia capacitiva del conjunto y permite aliviar en parte el inconveniente del posible recubrimiento del electrodo por el producto.

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Ventajas: •

Requiere mínimo mantenimiento.

•

Trabaja con cualquier tipo de material (sólidos, líquidos)

•

Pueden ser utilizados para medición continua o de nivel de punto fijo.

•

Setpoint ajustable.

•

Resistente a la corrosión con la probeta adecuada.

•

Se ajusta a cualquier recipiente

Desventajas •

Susceptible al cambio de constante eléctrica del fluido.

•

Requieren calibración en campo.

•

Depósito de materiales conductivos, afecta la medición.

•

Los cambios de temperatura afectan la constante dieléctrica del material (aprox. 0.1% de aumento/°C)

• Precio típico: desde $300 hasta más de $2500 para medición continua; entre $100 y $1000 para interruptores de nivel fijo. • Temperatura máxima: 2,000°F (1100°C) • Exactitud: 0.5 a 3% del spam para medición continúa; entre 0.125 y 2" (3 a 50mm) para interruptores.

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MEDIDOR ULTRASONICO En estos se mide el tiempo empleado por el sonido en su trayectoria desde su emisor hasta su receptor. Tiene un emisor que proporciona breves impulsos sonicos con frecuencia del 20 kHz (no audible). Estos impulsos son reflejados por la superficie del material en el recipiente y llega de nuevo al emisor, que actúa ahora como receptor. Un convertidor electrónico proporciona el nivel. En la medición con ultrasonido influye: • Temperatura 0.3% por °F • Cambios en los materiales y gases • Atmósferas estratificadas Ventajas •

No se necesita calibración

•

No tiene partes móviles

•

Fácil de instalar

•

Puede ignorar la espuma

Desventajas •

No detecta productos aireados

•

Burbujas de aire y partículas sólidas pueden generar señales erróneas.

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MEDIDORES DE RADIACIÓN Consiste en un emisor de rayos Gamma montado verticalmente en un lado del tanque y con un contador geiger 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 tanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida. Las paredes del tanque absorben parte de la radiación y al detector llega solo un pequeño porcentaje. El instrumento dispone de compensación de temperatura, delineación de la señal de salida, y de reajuste de la perdida de actividad de la fuente de radiación, siendo este ultimo de extrema importancia para conservar la misma presión de la puesta en marcha. Una de las desventajas en su aplicación figura el blindaje de la fuente y el cumplimiento de las leyes sobre protección de radiación. Características principales: •

La presión en la medida es de ±0.5 a ±2%

•

Puede emplearse para todo tipo de líquidos ya que no esta en contacto con el proceso, su lectura de encuentra influenciada por el aire o por los gases disueltos en el liquido.

•

El sistema se emplea en medidas de nivel de tanque de acceso difícil o peligroso.

•

Es ventajoso cuando existen presiones elevadas en el interior del tanque que impiden el empleo de otros sistemas de medición.

•

El sistema es caro y la instalación

no debe ofrecer peligro de

contaminación radiactiva, si es necesario señalar debidamente las áreas

donde

están

instalados

los

instrumentos

y

realizar

inspecciones periódicas de seguridad.

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MEDIDOR DE LASER Se utiliza en aplicaciones donde las condiciones son muy duras y donde los instrumentos de nivel convencional fallan, consiste en una rayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexión en un espejo sobre la superficie del metal fundido. El aparato mide el tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso del retorno, es registrado en una fotodetectador de alta resolución. 18

El tiempos transcurrido es directamente proporcional a la distancia del aparato emisor a la superficie del liquido a medir. Un microprocesador convierte este tiempo al valor de la distancia a la superficie del liquido, proporcionando de este modo la lectura del nivel. Características: •

Temperatura máxima de 300 °F (150 °C)

•

Posee una exactitud de 0,25” (6 mm)

•

No esta en contacto con variables

•

No tiene partes móviles

•

Puede medir nivel de metales fundidos

•

Alto costo

•

Es limitado en casos de localizar interfaces o trabajar con espumas y polvos.

•

Excelente para medición continúa de fluidos viscosos, partículas y sólidos pegajosos.

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MEDIDORES DE NIVEL DE SOLIDÓ Con cierta frecuencia, es necesario medir el nivel de material sólido en cierto tipo de procesos. Entre estos se encuentran por ejemplo: nivel de "Chips" de madera en fábricas de papel, tanques de materia prima sólida para la dosificación,

tanques

de

almacenamiento

de

jabón,

tanques

de

almacenamiento de cal, silos, etc. Los elementos primarios que se usan para estos casos se pueden considerar como tipo de "punto fijo", o tipo "continuo". MEDIDORES DE PUNTO FIJO: Los medidores de nivel de punto fijo proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos. Los sistemas más empleados son: el diafragma, el cono suspendido, la varilla flexible, el medidor conductivo y las paletas rotativas. MEDIDORES DE DIAFRAGMA Esta unidad emplea un diafragma flexible, el cual esta expuesto al material sólido en un tanque de almacenamiento. En cuanto al nivel de sólidos se eleva, la presión causada por el peso del material sólido, fuerza al diafragma contra un mecanismo de contrapesos, el que actúa a un switch mecánicamente, este switch puede energizar una alarma o cierta maquinaria, como compuertas etc. El material del diafragma puede ser de goma, tela, neopreno o fibra de vidrio y tiene una presión de ± 50mm presenta la ventaja de bajo costo, puede emplearse en tanques cerrados sometidos a baja presión o vacíos. Tiene la desventaja de no admitir materiales granulados de tamaños superiores a unos 80mm de diámetro.

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MEDIDORES DE CONO SUSPENDIDO Consiste en un interruptor que se encuentra dentro de una caja a prueba de polvo, la misma que tiene una especie de collarín del cual se suspende el cono. Funcionamiento: Cuando el nivel de sólido alcanza el cono, el interruptor es excitado. La cazoleta de goma permite una flexibilidad en la posición del cono gracias a la cual el aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel. Conviene tener la precaución de proteger mecánicamente el instrumento cuando se maneja material pesado, que en su caída desde la boca de descarga del tanque podría dañarlo. Características: •

Es económico

•

Necesita estar protegido en niveles bajos e intermedios

•

Se utiliza solo en tanques abiertos

•

Sus aplicaciones típicas son la alarma y el control de nivel en carbón, granos y caliza.

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MEDIDORES DE VARILLA FLEXIBLE Consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor Funcionamiento: Cuando los sólidos presionan el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma. Se emplea en tanques abiertos como alarma de nivel alto y se utiliza bajo temperaturas elevadas. Características: •

El conjunto de la unidad esta sellado herméticamente pudiéndose

construirse a prueba de explosión. •

Se emplea como alarma de alto nivel.

•

Se incorpora un nivel de retardo para impedir que la simple caída del

producto pueda causar una alarma infundada. •

Su precisión es de ± 25 mm

•

Se utiliza para materiales tales como el carbón.

•

Soporta temperaturas máximas de 300 °C.

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MEDIDORES CONDUCTIVOS Consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas en conjunto y con el circuito eléctrico abierto. Funcionamiento: Cuando los sólidos alcanzan el aparato, se cierra el circuito y la pequeña corriente originada es amplificada actuando sobre un rele de alarma. Características: •

Los sólidos deben tener una conductividad eléctrica apreciable para

poder excitar el circuito. •

Pueden utilizarse en tanques abiertos y a presión.

•

Soportan temperaturas máximas de 300 °C.

•

Esta limitado a materiales que tengan una conductividad de 1 a 1,4x10-7

•

Solo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles intermedios.

•

Entre los materiales en los que se puede emplear esta el carbón y el

carbón activo.

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MEDIDOR DE PALETA ROTATIVA

Consiste en un eje vertical, dotado de paletas que gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor sincrono. Funcionamiento: Cuando el producto sólido llega hasta las paletas, las inmoviliza, con lo que el soporte del motor y la caja de engranajes empiezan a girar en sentido contrario En su giro, el soporte del motor actúa consecutivamente sobre dos interruptores, el primero excita el equipo de protección (por ejemplo, una alarma) y el segundo desconecta la alimentación eléctrica del motor con lo cual este queda bloqueado. Cuando el producto baja de nivel y deja las palas al descubierto, un resorte vuele el motor a su posición inicial liberando los dos micro interruptores. De este modo, el motor se excita con lo que las palas vuelven a girar, y la alarma queda desconectada. Aplicaciones: Es utilizado con indicador de nivel alto en sistemas de suministro y también de mezclado, ejemplo: cementeras (cemento en polvo y mezclado)

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Datos técnicos: Rango de medición: variable depende de donde sea colocado el sensor, largo de la guaya o eje Presión de operación: -0.5...+1.8 bar Peso del sólido: >100 g/l Temperatura del material: -20...+80 °C Temperatura ambiente: -20...+60 °C Condiciones del material medido: Polvo a granos finos, generalmente menores a 50 mm Carga permisible en el eje: 60 N a 1500 N (dependiendo del material del eje) Carga permisible en la guaya: max. 1500 N alimentación: 42 V AC, 230 V AC, 115 V AC . 20...28 V DC, 50/60 Hz Densidad del sólido (Peso): 100 g/l Revolución del eje: aprox. 1 rpm

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MEDIDORES CONTINUOS Los medidores de nivel continuos proporcionan una medida continua de nivel de los sólidos desde el punto más bajo hasta el punto más alto. Entre los instrumentos empleados mas frecuentemente se encuentran el medidor de sondeo electromecánico o de peso móvil, medidor de nivel de bascula, medidor de nivel capacitivo, medidor de nivel de presión diferencial, medidor de nivel ultrasónico, medidor de nivel de radar microondas y medidor de nivel de radiación. MEDIDOR DE NIVEL DE SONDEO ELECTROMECANICO O DE PESO MOVIL Consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas. Funcionamiento: Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso. Este 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 este 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 Características: •

Es muy sencillo

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•

Temperatura del material aproximadamente hasta 230°C

•

Presiones hasta 3bar absoluta

•

Rango de medición generalmente hasta 70 m

•

Precisión ±5 cm. o ±1 pulso

•

Salida del trasmisor 4-20mA

•

Motor eléctrico tres fases (poder de transmisión hasta 500N)

•

Puede emplearse en el control de nivel

•

Puede medir nivel de polvos, granos finos o gruesos, también líquidos e interfases

•

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

MEDIDORES DE BASCULA

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Mide el nivel de sólidos indirectamente a través del peso del tanque mas el del producto, como el peso del tanque es conocido, es fácil determinar el peso del producto y por tanto el nivel. El tanque se apoya a una plataforma de carga actuando sobre la palanca de la bascula o bien sobre otros elementos de medidas neumáticas, hidráulicas o eléctricas. Características: •

Alto costo

•

Puede trabajar en altas presiones y temperaturas.

•

Su presión depende del sensor utilizado, pudiendo variar de ±0,5 a ±1%

MEDIDOR DE NIVEL CAPACITIVO La serie de interruptores de nivel de capacitancia están diseñados para monitorear el nivel de sólidos o líquidos en contenedores, tanques, silos y tolvas. El CAP puede eliminar trozos, basura y disminuir el tiempo para prevención de sobrecargas en contenedores, trabaja igualmente bien en plásticos, alimento, sustancias químicas, minerales puros u otros materiales sólidos. Los interruptores CAP detectan la presencia o ausencia de materiales censando un cambio en la capacitancia causado por la diferencia de la constante dieléctrica del aire y el material del contenedor. Para detectar estos

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pequeños cambios, los interruptores utilizan un circuito de detección único que opera a un nivel de baja frecuencia (6KHz). Características: •

La medida esta limitada a materiales en forma granulada o polvos que sean buenos aislantes.

•

La presión máxima es de 50 bar.

•

La temperatura máxima es de 50 °C

•

El aparato debe calibrarse para cada tipo de material.

•

Su precisión es de ±15 mm aproximadamente.

MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL Consiste en dos orificios de purga de aire situadas en el depósito por debajo o por encima del lecho. Un transmisor neumático y electrónico mide la presión diferencial posterior de los dos orificios mencionados que dependen del nivel del lecho fluidizado. Características: •

Pueden trabajar a temperaturas superiores a 300 °C

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•

Respuesta rápida.

•

Se emplean en la medida y el control continuo del nivel del lecho fluidizado.

MEDIDOR DE ULTRASONIDO Existen dos métodos: medición por resonancia y medición por eco. 1.- Resonancia: Es sabido que un cuerpo tiene la capacidad de vibrar de una forma determinada de acuerdo a sus propiedades físicas y mecánicas (composición, dimensiones, etc.), a esta forma particular de vibrar se denomina FRECUENCIA NATURAL. Cuando un cuerpo es sometido a una excitación mecánica, en este caso una onda sonora, de una frecuencia igual a su frecuencia natural, se produce el fenómeno llamado RESONANCIA, que consiste en un aumento en la amplitud de oscilación del cuerpo en forma sostenida a causa de la excitación. Este fenómeno es aprovechado para la detección de nivel en un estanque.

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Un aparato emisor de ondas es adosado en las paredes del estanque de tal manera que la onda de ultrasonido produce la vibración de éste. Mediante un proceso de calibración se ajusta la frecuencia del aparato a la frecuencia natural del estanque cuando esta vació, con lo que se obtiene una amplitud de oscilación como se muestra en la figura. Una vez que el estanque se llena con líquido, sus características mecánicas han cambiado y por ende su frecuencia natural, en estas condiciones la amplitud de la vibración inducida por el aparato se ve amortiguada, pues ya no existe resonancia. Así el aparato envía una señal de ON/OFF indicando si el tanque esta vació o no. 2.- Eco (tiempo de retorno) El eco se produce cuando una onda sonora que viaja en un medio se encuentra con una superficie y como resultado de ello, parte de ella retorna al medio. Esta reflexión es la que provoca el efecto habitualmente experimentado en habitaciones vacías, en que se puede oír una repetición retardada de nuestra voz al hablar. Para el caso de la medición de nivel, la idea consiste en enviar un pulso de ultrasonido de tal manera que al incidir sobre la superficie parte de la onda es reflejada de regreso al medio y recibida luego por el transductor. Entonces, la forma de determinar consiste en medir el tiempo que demora en ir y volver el pulso de ultrasonido. Esto se determina de acuerdo a la expresión: D= (t*Vs)/2 Como se puede deducir de la expresión, lo que en realidad se determina es el espacio vació del estanque, sin embargo, se realiza una calibración al momento de instalar el sensor midiendo el fondo del estanque, y luego L se determina como:

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L= E-D La distancia B corresponde a la zona de bloqueo. Esta zona varía de acuerdo a las características del sensor propiamente y se debe a que existe un tiempo mínimo que se requiere desde el momento en que se genera el pulso de ultrasonido y hasta que el transductor está en condiciones de recibir el pulso reflejado. Esta zona está típicamente alrededor de los 0,3 a 0,8 m. Características: •

Es adecuado para la mayor parte de los sólidos con mucho polvo, alta humedad, humo y vibración.

•

Puede emplearse tanto en materiales opacos como transparentes.

•

Si la superficie del material no es nítida, el sistema es susceptible de dar señales erróneas.

•

El uso del computador proporciona características de auto comprobación del instrumento de medida.

•

Tiene una precisión que varia de ±0.15% a ±1%

•

Puede construirse a prueba de explosión.

•

Trabaja a temperaturas de hasta 150 °C.

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MEDIDOR DE RADAR DE MICROONDAS El sistema esta formado por un modulo electrónico de micro – onda, una antena, y una unidad local o remota de indicación. Funcionamiento: El sensor actúa como receptor y emisor de un pequeño pulso electromagnético, no continuo, que es reflejado por la superficie del contenido Se mide el “tiempo de vuelo” de dicha onda electromagnética, y se transforma en nivel.

Receptor Emisor

Aplicaciones

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•

Excelente para mediciones continuas de líquidos, suspensión acuosa espesa, y polvos

•

La condensación o cristalización sobre la antena puede generar errores

Ventajas: Alta precisión Desventajas: Se necesita licencia por un representante de FCC, No puede medir nivel en interfases, Alto costo Características: •

Utiliza un procedimiento de detención sin contacto con el material.

•

No sufre desgaste por los sólidos medidos.

•

Libre de mantenimiento.

•

Sensibilidad ajustable.

•

En caso de usar silos de metal se deben colocar ventanas para que pasen las ondas electromagnéticas.

•

Pueden tomar mediciones del material desde la parte exterior a través de un tanque no metálico.

•

Adecuado para nivel de control puntual y para conteo de todo tipo de sólidos.

•

Sólidos mas utilizados: viruta de madera, aserrín, harinas, cemento, cenizas, grava, arenas, polvo en general y materiales brutos cuyos tamaños de los granos no sobrepasen los 20 mm y el campo de medida no excedan los 20 m.

•

Variables

medidas:

absorción

de

las

ondas

electromagnéticas

producidas por el emisor. •

Temperatura: de -20 °C hasta +70 °C.

•

Presión del material medido de 0 hasta 4 bar (solo si el sensor esta en contacto con el proceso).

MEDIDOR DE RADIACIÓN

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Consiste en una fuente radioactiva de rayos Gamma dispuesta al exterior y en la parte interna del tanque que emite una radiación a través del lecho solidó siendo captada por un detector exterior. El grado de radiación recibida depende del espesor del solidó que se encuentra entre la fuente y el receptor. La fuente radioactiva y el receptor pueden disponerse también en un plano horizontal en cuyo caso el aparato traduce como detector continuo todo-nada. Características: •

Puede trabajar a altas temperaturas hasta 130 °C.

•

Soporta presiones hasta de 130 bar.

•

No requiere de ninguna ventana o conexión a través del tanque.

•

Admite control neumático o electrónico.

•

Su presión es de 1%.

•

Su campo de medida es de 0,5 por cada fuente, podría emplearse varias para aumentar el intervalo de medida de nivel.

•

Su costo es elevado.

•

Necesita una supervisión periódica desde el punto de vista de seguridad.

•

Debe calibrarse para cada tanque.

•

No puede aplicarse a materiales que afecte la radiación.

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Instrumento

Campo de Medida

Precisión

Presión Máx. bar

Temp. Max. (cº) Fluido

Sonda

Limitada

0.5mm

Atm.

60

Cristal

-

-

150

200

abiertos Sin transmisión

Flotador

0 -10 m

+/-1-2 %

400

250

Posible Agarrotamiento

Manometrico

Alt. tanque

+/-1 %

Atm.

60

Burbujeo

Alt. tanque

+/-1 %

400

200

Presión Diferencial

0.3m

150

Desplazamiento

0-25 m

+/-0,5 %

Conductivo

Ilimitado

Capacitivo

Desventajas Manual, sin olas. Tanques

Tanques Abiertos, fluidos limpios Mantenimiento.

Ventajas

Costos

Econom .,preciso

US$ 179

Seguro Preciso Simple. Naturaleza

US$ 298

Liquida. Econom. Econom.

Contaminación del Líquido

Versátil.

200

Posible Agarrotamiento

Interfase Liquido

100

170

Expuesto a corrosión

-

80

200

0.6 m

+/-1 %

80-250

Ultrasónico

0-30m

+/-1 %

Radar

0-30m

Radiación Láser Tipo

+/-0.15 a 0,5 %

Fácil limpieza, robusto,

US$ 685 US$ 298 US$ 348 US$ 1.400 US $830

Liquido conductor

interfases Versátil

US$ 1.216

200-400

Recubrimiento electrodo

Resistencia, Corrosión

US$ 830

400

200

Sensible a densidad

+/-2,5 mm

-

-

0-2,5 m

+/-0,5-2 %

-

150

0 – 2m

+/-0,5-2 %

-

Punto Fijo

Cont.

Precisión

Tp. Máx(Cº)

Sensible a la constante

Todo tipo de tanques y líquidos

US$ 1800

Líquidos con espuma

US$ 6.200

Fuente Radiactiva

Sin contacto líquido

US$ 4.225

1500

Láser

Sin contacto líquido

US $6.225

Tanques

Desventajas

Ventajas

Costos

dieléctrica

Diafragma

Si

Si

No

50 mm

60

Si

Si

No admite materiales

Bajo Costo, Sensible a

granulares de >80 mm.

variables de baja

Tanques a baja presión

densidad

US$320.00

Cono colgante

Si

Si

-

50 mm

60

-

No

Debe estar protegido

Bajo costo.

US$320.00

Varilla Flexible

Si

No

-

25 mm

300

-

No

Muy sensibles

Conductivo

Si

Si

-

25 mm

300

-

Si

Relé retardo, solo nivel alto. Conductividad de

US$420.00 US$ 1.500.

Paletas rotativas Sondeo Electromecánico Báscula

Si

Si

-

25 mm

60

-

No

-

-

Si

+/- 1%

60

-

No

-

-

-

+/-0.5- 1%

900

-

Si

materiales Tanques abiertos o a baja presión Resistencia Mecánica media Costo elevado

Tanques a presión Materiales diversos, a prueba de explosión Sencillos Preciso y seguro, alta presión y Temp.

0 US$306.00 US$220.00 US $820.00

Materiales aislantes, Capacitivo

-

-

-

15 mm

150

-

Si

calibración individual,

Bajo Costo

US$ 1.500

adherencias producto Materiales opacos y Ultrasonido

Si

Si

-

+/-0.5- 1%

150

-

Si

Costo Medio

transparentes, a prueba

Radar

Si

Si

-

+/- 2 mm

150

-

Si

Costo medio

de explosión Productos muy viscosos US$ 1.800 Tanques sin apertura,

Costo elevado, supervisión, Radiación

-

-

-

+/-0.5- 1%

1300

-

Si

seguridad calibración individual, varias fuentes.

productos corrosivos y peligrosos, altas

US$ 1800

US$ 3.800

presiones y temperaturas

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