principios de medida - nivel

Principios de Medida - Nivel

James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College


James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College

En esta presentación:

Definición de nivel Unidades de medida de nivel Medida de nivel utilizando métodos mecanicos Medida de nivel utilizando método hidrostático Ejemplos de cálculo de nivel hidrostático básico Medida de nivel utilizando método de burbujas Supresión de cero Ejemplos de supresión de cero Medida de nivel de tanques presurizados Ejemplos de cálculo de nivel de tanques presurizados Métodos elctrónicos de medida de nivel



Nivel es la medida de un producto fluido en un envase o tanque basado en su altura:

Esta altura no depende del volumen del tanque.

Altura del Tanque

Nivel

Altura del Tanque



Altura del Tanque

Nivel

El Nivel no depende del tamaño ni las dimensiones del tanque.

Este Nivel se mide en pulgadas, pies, metros, etc. (Lineales)



Nivel a medirse

Nivel máximo

Para medir un nivel de un tanque es necesario conocer el nivel máximo de este.



Nivel a medirse

Nivel máximo

Una manera sencilla para medir un nivel es mediante una boya flotante.

Boya



Nivel a medirse

Nivel Máximo

Otra forma sencilla para medir un nivel es mediante una mirilla de cristal.

Mirilla de Nivel



Nivel a medirse

Nivel máximo

La forma mas utilizada es el método Hidrostático. Consiste en medir la presión que produce la columna de

nivel.

Para esto se mide la presión con un Pressure Gauge

Pressure Gauge

Método Hidrostático



Nivel a medirse

Nivel máximo

La presión que produce la columna aumenta al subir el nivel y disminuye al bajar el nivel.

Esta relación entre nivel y presión es lineal

Pressure Gauge

Sube Nivel Aumenta Presión

Baja Nivel Disminuye Presión




La presión es una medida del peso y el peso depende de la densidad (𝜌 – letra griega 𝒓ho minúscula) del fluido dentro del tanque.

La formula para medir nivel utilizando la presion es la siguiente:

Presión=Densidad · Gravedad · Altura

𝑝 = 𝜌 ⋅ 𝑔 ⋅ ℎ




Presión = Densidad · Gravedad · Altura

𝑝 = 𝜌 ⋅ 𝑔 ⋅ ℎ 𝑝 = 𝜌 ⋅h

𝑝 = 𝑙𝑏/𝑖𝑛3 ⋅ 𝑖𝑛 𝑝 = 𝑙𝑏/𝑖𝑛2(𝑝𝑠𝑖)

En el sistema Inglés, el parámetro g no se utiliza ya que la unidad de medida de densidad es lb./in3. El parámetro libras ya incluye la constante gravitacional.




Presión = Densidad · Gravedad · Altura

𝑝 = 𝜌 ⋅ 𝑔 ⋅h 𝑝 =

𝐾𝑔𝑚3 ⋅ 𝑚

𝑠2 ⋅ 𝑚

𝑝 = 𝑁𝑚3 ⋅ 𝑚

𝑝 = 𝑁𝑚2 = 𝑃𝑎

En el sistema métrico, la fórmula permanece con la utilización de la constante gravitacional ya que la masa es utilizada en la unidad de densidad (Kg/m3)




Ejemplo 1: Un tanque de agua tiene un manómetro en su fondo que indica 3.26 psi. ¿Cuál es el nivel (en ft.) del tanque?

𝑝 = 𝜌 ⋅ ℎ ℎ = 𝑃

𝜌 ℎ = 3.26

.036 ℎ = 90.56in ℎ = 7.55 𝑓𝑡

Nivel a medirse H2O

𝜌 = .036 lb/in3

Pressure Gauge




Ejemplo 2: Un tanque de aceite tiene un nivel de 8.45 ft. ¿Cual es la lectura (en psi y en in. H2O) del manometro en el fondo del tanque?

𝑝 = 𝜌 ⋅ ℎ 𝑝 = .028 ⋅ 101.4 𝑝 = 2.84 𝑝𝑠𝑖 𝑝 = 78.08 𝑖𝑛 𝐻2𝑂

Nivel a medirse ACEITE

𝜌 = .028 lb/in3

Pressure Gauge




Ejemplo 3: Un tanque tiene un nivel de 18.8 ft. y una presion de 8.65 psi en el manometro al fondo del tanque. ¿Cual es la densidad del fluido dentro del tanque?

𝑝 = 𝜌 ⋅ ℎ 𝜌 = 𝑝

ℎ 𝜌 = 8.65

225.6 𝜌 = .038 𝑙𝑏 𝑖𝑛3 Nivel a medirse ???

Pressure Gauge




Ejemplo 4: Un tanque de agua tiene un manometro en su fondo que indica 46.7 KPa. ¿Cual es el nivel (metros) del tanque?

𝑝 = 𝜌 ⋅ 𝑔 ⋅h ℎ = 𝑃

𝜌𝑔

ℎ = 46.71 9.8

ℎ = 4.77 𝑚

Nivel a medirse

Pressure Gauge

H2O 𝜌 = 1 Kg/m3




h

Pressure Transmitter

Para determinar el Rango de Proceso: Si el transmisor de nivel está en el fondo del tanque, el

rango de proceso es la altura del tanque.

H

PT

Rango del Transmisor: Input: 0 – H Output: 4 – 20 mA





Densidades de algunos fluidos mas utilizados:

Fluido Densidad Gravedad Específica

Acetona .028 lb/in3 .78 Kg/m3

Agua Ultra Pura .036 lb/in3 1 Kg/m3

Alcohol Metílico (Metanol) .029 lb/in3 .81 Kg/m3

Benceno .032 lb/in3 .89 Kg/m3

Gasolina .024 lb/in3 .67 Kg/m3

Glicerina .046 lb/in3 1.28 Kg/m3

Leche .037 lb/in3 1.03 Kg/m3

Petróleo .025 lb/in3 .69 Kg/m3

Aceite de Coco .033 lb/in3 .92 Kg/m3

Propano Líquido .018 lb/in3 .5 Kg/m3

Tolueno .031 lb/in3 .86 Kg/m3



Nivel a medirse

Pressure Transmitter

Método de Burbujas: Este método consiste en medir la presión del fondo del

tanque con una columna de aire

Air Supply

Air Regulator

Con este método, podemos ubicar el Transmisor en cualquier parte

Puede servir para tanques soterrados o sin puertos para adaptar el gauge

PT




Supresión de Cero: Esta técnica nos permite tomar la medida de un punto

que no es exactamente el fondo para así evitar el cieno u otros materiales en el fondo

Nivel de Supresión

Cieno en el fondo del Tanque




Supresión de Cero: La distancia desde el fondo hasta el gauge se le resta al

rango de proceso

Nivel de Supresión (s)


h

H

Rango del Transmisor: Input: (0 – s) – (H-s) Output: 4 – 20 mA





Nivel de Supresión (4 in)


15 ft

Ejemplo 5: Un tanque de agua tiene una altura de 15 ft. El transmisor tiene una supresión

de 4 in. ¿Cuál es el rango del transmisor de nivel del tanque?

Rango del Transmisor: 15 ft ∙ 12 in/ft = 180 in 0 – 4 = -4 in 180 – 4 = 176 in Rango = -4 – 176 in H20

PT H2O

𝜌 = .036 lb/in3




24 ft

Nivel de Supresión (6 in)


Ejemplo 6: Un tanque de aceite tiene una altura de 24 ft. El transmisor tiene una

supresión de 6 in. ¿Cuál es el rango del transmisor de nivel del tanque ( en in H2O)? Rango del Transmisor: 0 – 6 = -6 in -6 in ∙ .028 =.17 psi .17 psi ∙ 27.74 = -4.72 in H2O 24 ft ∙ 12 in/ft = 288 in 288-6=282 in 282 in ∙ .028 = 7.90 psi 7.90 ∙ 27.74 = 219.15 in H2O Rango = -4.72 – 219.15 in H20

PT ACEITE

𝜌 = .028 lb/in3





Transmisor de Nivel de Tanque Abierto

con Diafragma Remoto

Para evitar que los depósitos en el fondo del tanque afecten la lectura, se puede adquirir el transmisor con diafragma en lugar de un puerto de presión

El diafragma transmite la presión al transmisor a través de un tubo fino llamado “tubo capilar”



Método de Tanques Presurizados:

Presión sobre el Nivel - Pn

Nivel

ΔPT

H L

Wetleg Se conecta el puerto High del

Transmisor Diferencial (dp) a la parte inferior del tanque

Se conecta el puerto Low del transmisor diferencial (dp) a una referencia de nivel llamada wetleg.

El wetleg es una línea llena del fluido para hacer que se cancele el efecto de la presión sobre el nivel.

El transmisor de presión diferencial lleva a cabo la operación matemática: 𝑑𝑝 = 𝐻 − 𝐿

𝑑𝑝 = 𝐻 + 𝑃𝑛 − 𝐿 + 𝑃𝑛 𝑑𝑝 = 𝐻 − 𝐿 + 𝑃𝑛 − 𝑃𝑛




Ejemplo 6: Un tanque de tipo cilindro acostado de 10 pies de diámetro está presurizado con

100 psi. ¿Cuál es el rango del transmisor diferencial de nivel del tanque?

Presión sobre el Nivel

Nivel

ΔPT

H L

Wetleg

100 psi

10 ft






Rango del Transmisor: 10 ft ∙ 12 in/ft = 120 in Cero=H–L=(0+100 psi ) – (120 in H2O+100 psi) Cero=H–L=0+100 psi – 120 in H2O-100 psi Cero= -120 in H2O Span=H–L= (120 in H2O +100 psi)– (120 in H2O-100 psi) Span=H–L= 120 in H2O - 120 in H20 Span=H–L= 0 in H2O

Rango= –120 - 0 in H2O






Presión sobre el Nivel

Nivel

ΔPT

H L

Wetleg

100 psi

10 ft

Rango del Transmisor = –120 - 0 in H20




Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados:

Transmisor de Nivel de Tanque Presurizado

con 3 Valve Manifold

Para evitar que la alta presión dañe los diafragmas del transmisor, se conecta a través de un 3-Way Manifold

El 3-Way Manifold consiste de dos válvulas para aislar cada uno de los puertos (High & Low) y una tercera válvula para igualar presiones entre éstas (equalizing valve)




3 Valve Manifold

Para retirar el transmisor: 1. Cerrar LP valve 2. Abrir Equalizing valve 3. Cerrar HP valve

Para re-instalar el transmisor: 1. Abrir HP valve 2. Cerrar Equalizing valve 3. Abrir HP valve

ΔPT

H L

LP Block Valve

HP Block Valve

Equalizing Block Valve




Transmisor de Nivel de Tanque Presurizado

con Diafragmas Remotas

Para evitar utilizar el “wetleg” se puede adquirir el transmisor con diafragmas en lugar de puertos de presión

Los diafragmas transmiten la presión al transmisor a través de tubos capilares



Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Capacitancia Utiliza el principio de cambio de capacitancia con cambios en

el dieléctrico

Placas Capacitivas

Fluido del Tanque actúa como dieléctrico

Al subir el nivel, sube el porciento de dieléctrico entre las placas



Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Ultrasonido Utiliza el principio de tiempo de tránsito entre la transmisión

y la recepción de la onda

Al subir el nivel, baja el tiempo de tránsito.

Al bajar el nivel, sube el tiempo de tránsito

Ideal para medir sólidos t



Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Guía de Onda (microondas) Utiliza el principio de cambio en permeabilidad del fluido, al

viajar la onda por diferentes medios (fluido/espacio vacío).

Al subir el nivel, baja el tiempo de tránsito.

Al bajar el nivel, sube el tiempo de tránsito

Ideal para niveles de diferentes substancias.



Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Vibracional (Tuning Fork) Utiliza la frecuencia natural del fluido para detectar presencia

de la misma. Al vibrar en el aire, se detecta la

frecuencia del tenedor. Al entrar en contacto con un

fluido, la frecuencia se altera al estar vibrando en otro medio.

Es excelente para medir niveles de sólidos (Ej. granos, polvos, talcos.

Este método es inmune a viscosidades altas (Ej. pintura, brea, etc.), formación de espumas, cambis de densidad, conductividad, pH, enter otros.



http://instrumentacionhuertas.wordpress.com

¿Preguntas, dudas, comentarios?

principios de medida - nivel

Documents