trabajo de nivel
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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. Medidor manométrico2. Medidor de membrana3. Medidor de tipo burbujeo4. Medidor de presión diferencial de diafragma
Los que utilizan características eléctricas del líquido se clasifican en: !
1. Medidor conductivo2. Medidor capacitivo3. Medidor ultrasónico4. Medidor de radiación5. Medidor láser
1. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DIRECTA
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
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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 · · g)
h = altura de líquido en m
= 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.
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,
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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 · · g,
P es la presión
H la altura del líquido sobre el instrumento
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.
Sin embargo, en tanques cerrados presentan el inconveniente de la posible
condensación de los vapores del tanque en el tubo de conexión al instrumento.
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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.
b) APROBECHANDO LAS CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL LIQUIDO
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H
h
Medidor de Presión
diferencial
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
• Temperatura máxima: 1800°F (980°C)
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• 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.
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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
Temperatura del material aproximadamente hasta 230°C
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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
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.
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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
pequeños cambios, los interruptores utilizan un circuito de detección único que
opera a un nivel de baja frecuencia (6KHz).
Características:
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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
Respuesta rápida.
Se emplean en la medida y el control continuo del nivel del lecho
fluidizado.
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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.
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
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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:
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
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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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Emisor
Receptor
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.
Aplicaciones
Excelente para mediciones continuas de líquidos, suspensión acuosa
espesa, y polvos
La condensación o cristalización sobre la antena puede generar errores
Ventajas: Alta precisión
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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
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
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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 PrecisiónPresión
Máx.bar
Temp.Max. (cº)Fluido
Desventajas Ventajas Costos
Sonda Limitada 0.5mm Atm. 60Manual, sin olas. Tanques
abiertosEconom .,preciso US$ 179
Cristal - - 150 200 Sin transmisión Seguro Preciso US$ 298
Flotador 0 -10 m +/-1-2 % 400 250 Posible AgarrotamientoSimple. Naturaleza
Liquida.US$ 685
Manometrico Alt. tanque +/-1 % Atm. 60Tanques Abiertos, fluidos
limpiosEconom. US$ 298
Burbujeo Alt. tanque +/-1 % 400 200Mantenimiento.
Contaminación del Líquido
Econom.
Versátil.US$ 348
Presión Diferencial 0.3m+/-0.15 a 0,5
%150 200 Posible Agarrotamiento Interfase Liquido US$ 1.400
Desplazamiento 0-25 m +/-0,5 % 100 170 Expuesto a corrosiónFácil limpieza, robusto,
interfasesUS $830
Conductivo Ilimitado - 80 200 Liquido conductor Versátil US$ 1.216
Capacitivo 0.6 m +/-1 % 80-250 200-400 Recubrimiento electrodo Resistencia, Corrosión US$ 830
Ultrasónico 0-30m +/-1 % 400 200 Sensible a densidadTodo tipo de tanques y
líquidosUS$ 1800
Radar 0-30m +/-2,5 mm - -Sensible a la constante
dieléctricaLíquidos con espuma US$ 6.200
Radiación 0-2,5 m +/-0,5-2 % - 150 Fuente Radiactiva Sin contacto líquido US$ 4.225
Láser 0 – 2m +/-0,5-2 % - 1500 Láser Sin contacto líquido US $6.225
Tipo Punto Fijo Cont. Precisión Tp. Tanques Desventajas Ventajas Costos
Máx(Cº)
Diafragma Si Si No 50 mm 60 Si Si
No admite materiales
granulares de >80 mm.
Tanques a baja presión
Bajo Costo, Sensible a
variables de baja
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 Relé retardo, solo nivel alto. Muy sensibles US$420.00
Conductivo Si Si - 25 mm 300 - SiConductividad de
materialesTanques a presión
US$ 1.500.
0
Paletas rotativas Si Si - 25 mm 60 - NoTanques abiertos o a baja
presión
Materiales diversos, a
prueba de explosiónUS$306.00
Sondeo Electrome-
cánico- - Si +/- 1% 60 - No
Resistencia Mecánica
mediaSencillos US$220.00
Báscula - - - +/-0.5- 1% 900 - Si Costo elevadoPreciso y seguro, alta
presión y Temp.US $820.00
Capacitivo - - - 15 mm 150 - Si
Materiales aislantes,
calibración individual,
adherencias producto
Bajo Costo US$ 1.500
Ultrasonido Si Si - +/-0.5- 1% 150 - Si Costo Medio
Materiales opacos y
transparentes, a prueba
de explosión
US$ 1800
Radar Si Si - +/- 2 mm 150 - Si Costo medio Productos muy viscosos US$ 1.800
Radiación - - - +/-0.5- 1% 1300 - Si Costo elevado, supervisión, Tanques sin apertura, US$ 3.800
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seguridad calibración
individual, varias fuentes.
productos corrosivos y
peligrosos, altas
presiones y temperaturas
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