transmisores electronicos y medidores de nivel
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TRANSMISORES ELECTRÓNICOS
Son generalmente de equilibrio de fuerzas, consisten en su forma más sencilla en una barra
rígida apoyada en un punto sobre la que actúan dos fuerzas en equilibrio.
1. La fuerza ejercida por el elemento mecánico de medición (TUBO BOURDON, ESPIRAL,
FUELLE etc.).
2. La fuerza electromagnética de una unidad magnética. El desequilibrio entre estas dos
fuerzas da lugar a una variación de posición relativa de la barra.
CARACTERÍSTICAS
Son compactos en tamaño, Reducidos costos del equipo
Ideales para industrias de aceite/gas, químicas, potencia, agua/ agua residual,
alimentos/bebidas y en general.
Capaces de realizar mediciones de flujo y presión diferencial, presión de vacío, presión
absoluta y nivel de líquidos.
Límite de temperatura del sensor de -40 °C a 120°C.
Límite de temperatura de la electrónica de -40 °C a 85°C.
Voltaje de alimentación 11 a 45 VDC.
Generan una señal estándar de 4-20 mA c.c.
Protocolos de comunicación: protocolo fcx o hart, iec foundation fieldbus y profibus
(opcional).
Partes metálicas en contacto: 316 acero inoxidable, hastelloy c276, monel 400,
tantalum.
A veces esta señal de salida es sustituida por un voltaje de 1-5V, si existen problemas
de suministro electrónico.
Al ser corriente continua y no alterna, elimina la posibilidad de captar perturbaciones,
está libre de corriente parásita, emplea sólo dos hilos que no precisan blindaje y
permite actuar directamente sobre miliamperímetros, potenciómetros, etc. Sin
necesidad de utilizar rectificadores ni modificar la señal.
La relación de 4 a 20 mA c.c. es de 1 a 5 la misma que la razón de 3 a 15 psi en la señal
neumática y el nivel mínimo seleccionado de 4 mA elimina el problema de la corriente
residual que se presenta al desconectar los circuitos a transistores.
La alimentación de los transmisores puede realizarse con una unidad montada en el
panel de control y utilizando el mismo par de hilos del transmisor.
1. Medidores de nivel:
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.
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 del nivel, y obtener exactitudes en la lectura altas, del orden del ± 0,2%, en el inventario de materias primas o finales o en transformación en los tanques del proceso.
El transmisor de nivel "inteligente" hace posible la interpretación del nivel real (puede eliminar o compensar la influencia de la espuma en flotación del tanque, en la lectura), la eliminación de las falsas alarmas (tanques con olas en la superficie debido al agitador de paletas en movimiento), y la fácil calibración del aparato en cualquier punto de la línea de transmisión.
Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y de sólidos, que son dos mediciones claramente diferenciadas.
MEDIDORES DE NIVEL
Medidores de nivel de Líquidos
Instrumentos basados en la
presión hidrostática
*Manométrico
*De Membrana
*De tipo Burbujeo
*De presión diferencial de diafragma
Instrumentos que utlilizan
características del líqudo
*Resistivo
*Conductivo
*Capacitivo
*Ultrasónico
*De radar
*De radación
* Láser
Instrumentos de medida directa
* Sonda
* Cinta y plomada
* Nivel de cristal
* Instrumentos de flotador
Instrumento Basado en el
desplazamiento
Medidores de nivel de sólidos
Detectores de nivel de punto
fijo
*De Diafragma
*Cono Suspendido
*Varilla Flexible.
*Conductivo
*Capacitivo
*Paletas Rotativas
*Radar de Microondas
Detectores de nivel Continuos
*Sondeo electromecánic
o.
*De báscula
*Capacitivo
*De presión diferencial.
*Ultrasónido
*Radar de microondas
*Radiación
a) Medidores de nivel de líquidos:
Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura de
líquido sobre una línea de referencia, bien la presión hidrostática, bien el
desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenido en el tanque
del proceso, bien aprovechando características eléctricas del líquido o bien utilizando
otros fenómenos. Los primeros instrumentos de medida directa se dividen en: sonda,
cinta y plomada, nivel de cristal, nivel de flotador, magnético, palpado servo operado
y magneto estrictivo.
Los aparatos que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática son:
1 Instrumentos de medida directa:
El 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.
Figura 5.1 Medidor de sonda
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 tanque
representa indirectamente el nivel. Se emplea en tanques de agua a presión
atmosférica. Otro sistema parecido es el medidor de cinta graduada y plomada,
representado en la figura 5.1c, que se emplea cuando es difícil que la regla graduada
tenga acceso al fondo del tanque. Se lanza la cinta con la plomada hasta que toca la
superficie del líquido o hasta que toca el fondo del tanque. La marca del líquido en la
cinta indica el nivel.
El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques
metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos 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 de purga (figura 5.2).
El nivel de cristal normal (figura 5.2a) se emplea para presiones de hasta 7 bar. A
presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protegido por
una armadura metálica (figura 5.2b). En otro tipo de medidor de nivel la lectura del
nivel se efectúa con un cristal a reflexión o bien por transparencia. En el primer caso,
que puede verse en la figura 5.2c, el vidrio en contacto con el líquido está provisto de
ranuras longitudinales que actúan como prismas de reflexión indicando la zona de
líquido con un color oscuro casi negro y la zona superior en contacto con el vapor de
color claro.
En la lectura por transparencia (figura 5.2d) empleada para apreciar el color,
características o interface 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.
Figura 5.2 Nivel de cristal
Para mayor seguridad, las válvulas de cierre incorporan una pequeña bola que actúa
como válvula 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 sólo permite 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.
Los instrumentos de flotador consisten en un flotador situado en el seno del líquido y
conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede
ser directa, magnética o hidráulica.
El flotador conectado directamente está unido por un cable que desliza en un juego de
poleas a un índice exterior que señala sobre una escala graduada. Es el modelo más
antiguo y el más utilizado en tanques de gran capacidad, tales como los de fuel-oil y
gas-oil. Tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y
pueden romperse, y de que el tanque no puede es- tar sometido a presión. Además, el
flotador debe mantenerse limpio. La escala está graduada de forma inversa, es decir,
cuando el tanque está lleno, el índice exterior está en la parte inferior de la escala y
señala el 100% del nivel, y cuando está vacío señala el 0% con el índice situado en la
parte superior.
El indicador de nivel magnético se basa en el seguimiento magnético de un flotador
que desliza por un tubo guía y que contiene un potente electroimán. Hay dos modelos
básicos:
1. Flotador tubo guía situados verticalmente en el interior del tanque. Dentro del
tubo, una pieza magnética sigue al flotador en su movimiento y mediante un
cable y un juego de poleas arrastra el índice de un instrumento situado en la
parte superior del tanque. El instrumento puede, además, incorporar un
transmisor neumático, electrónico o digital. Su repetitividad es de ± 0,01 o 0,4
mm.
2. Flotador que desliza a lo largo de un tubo guía sellado acoplado externamente al
tanque. El flotador contiene un potente imán y, en la parte externa, hay un tubo de
vidrio no poroso herméticamente sellado, dotado de un indicador fluorescente o de
pequeñas cintas magnéticas que siguen el campo magnético del flotador.
Figura 5.3 Instrumentos de nivel de flotador (directo y magnético). Fuente: Sigma y Cesare Bonetti
A medida que el nivel sube o baja las cintas giran y, como tienen colores distintos en su
anverso y reverso, visualizan directamente el nivel del tanque. El instrumento puede
tener interruptores de alarma y transmisor incorporados. Se utilizan en sustitución de
los niveles de vidrio cuando se dan algunas de las siguientes condiciones:
a) La presión es superior a 25 bar.
b) Existe la probabilidad de rotura del vidrio por las condiciones de los líquidos (caso de
altas presiones, muy bajas temperaturas, etc.).
c) Es preciso evitar el escape de gases tóxicos, líquidos inflamables, etc.
d) Los depósitos o tanques a medir están enterrados, o bien cuando es necesario ver el
nivel a distancia.
e) Los líquidos son sucios o viscosos (asfaltos, residuos de vacío, crudos, etc.).
Con el campo magnético generado por los imanes del flotador. Esta interacción da
lugar a una fuerza de torsión en el tubo, como si fuera una onda o vibración
ultrasónica, que se traslada, a una velocidad típica, por el tubo guía hacia el circuito
sensor que capta el impulso ultrasónico torsional y lo convierte en un impulso
eléctrico. El circuito mide el intervalo de tiempo entre el impulso inicial de corriente y
el impulso de retorno y lo convierte a una señal dentro del intervalo de 4-20 mA, y esta
señal indica la posición del flotador, es decir, el nivel. El reloj utilizado en este sistema
es capaz de medir el tiempo con una exactitud de 1/100 millonésimas de segundo.
Figura 5.5 Medidor de nivel magnetoestrictivo. Fuente: Tatsuno Corporation
La velocidad de la señal es conocida y constante para la presión y temperatura del
fluido y no es afectada por la espuma, y la única parte móvil del sistema es el flotador
que se mueve según el nivel del líquido.
El ajuste del instrumento es fácil. Se sitúa el flotador donde se desea el cero y se pulsa
un botón del circuito electrónico y lo propio se hace con el alcance (span).
El instrumento puede utilizarse en la medida de interfaces líquido-líquido. La exactitud
es del ± 0,01%. El alcance (span) es de 0,1 m a 5 m. La señal de salida puede ser de 4-
20 mA c.c. con protocolos de comunicación HART, FOUNDATION Field bus, etc.
2Instrumentos basados en la presión hidrostática
El medidor manométrico consiste en un sensor de presión piezo resistivo suspendido
de la parte superior del tanque e inmerso en el líquido. El sensor contiene un puente
de Wheastone y, bajo la presión del líquido, el sensor se flexa y la tensión que crea es
captado por las galgas extensiométricos, dando lugar a un desequilibrio del puente y a
una señal de salida proporcional a la presión aplicada, es decir, al nivel. El sensor está
contenido en una caja protectora con un diafragma flexible y relleno de aceite de
silicona lo que le da una gran robustez. Puede estar acoplado a un transmisor
electrónico o digital de 4-20 mA c.c. y comunicaciones HART, Fielbus, etc. Su exactitud
es de, ± 0,25%
Figura 5.6 Medidor manométrico. Fuente ABB
El sensor mide la presión debida a la altura de líquido h que existe entre el nivel del
tanque y el eje del instrumento. Así, pues, el campo de medida del instrumento
corresponderá:
0 - h × y × g pascal
Con:
h = altura de el líquido en m
y = densidad de líquido en kg/m3
g = 9,8 m/s2
o bien, expresando y en g/cm3 se obtendría 0 - 0,098 × h × y bar.
El medidor de tipo burbujeo emplea un tubo sumergido en el líquido a cuyo través se
hace burbujear aire mediante un rotámetro con un regulador de caudal incorporado
(figura 5.7). La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida
por la columna de líquido, es decir, al nivel. El regulador de caudal permite mantener
un caudal de aire constante (unos 150 l/h) a través del líquido, independientemente
del nivel. La tubería empleada suele ser de 1/2" con el extremo biselado para una fácil
formación de las burbujas de aire. Una tubería de menor diámetro tipo capilar
reduciría el tiempo de respuesta pero, en el caso de tanques pequeños y cambios de
nivel rápidos, produciría un error en la medida provocado por la pérdida de carga del
tubo.
La presión de aire en la tubería, es decir, el nivel, se mide mediante un manómetro de
fuelles o un transductor de presión cuyo campo de medida corresponde a la presión
máxima ejercido por el líquido (0,098 × h × y bar, con h en m y y en g/cm3).
El manómetro receptor puede colocarse hasta distancias de 200 m.
Figura 5.7 Medidor de tipo burbujeo
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 se
recomienda su empleo cuando el fluido de purga perjudica al líquido y 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
mantenimiento, es muy útil situar una T con un tapón en la parte superior del tubo
para su limpieza periódica mediante una varilla o bien la inyección de aire o vapor a
presión en el caso de que la parte final del tubo esté obturada.
El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido
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 (figura 5.8).
P = H × y × g
En la que:
P = presión
H = altura de líquido sobre el instrumento
y = densidad del líquido
g = 9,8 m/s2
El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión
diferencial.
3.- Medidores de nivel según las propiedades eléctricas del producto a medir
Medidores de nivel capacitivos
Funcionan midiendo las variaciones de la capacitancia de una sonda introducida en el
líquido del cual se quiere medir el nivel.
La constante dieléctrica del líquido es diferente de la del aire; midiendo la cantidad de
carga eléctrica en la sonda se establece la altura del líquido.
Los medidores de nivel capacitivos ofrecen la ventaja de no tener partes móviles.
Los medidores de nivel de la serie SC de Coltech funcionan bajo este principio.
Medidores de nivel por ultrasonidos.
Los niveles de ultrasonidos emiten una onda que llega hasta la superficie del líquido y
rebota hasta volver a llegar al sensor de nivel. El tiempo que tarda la onda en ir y venir
determinará la distancia entre sensor y altura, que restando de la altura total, ofrecerá
la altura del líquido.
Generalmente trabajan a 20 o 40 kHz.
Ofrecen la ventaja de que no hay partes inmersas en el líquido y su colocación es muy
sencilla. Pueden presentar problemas cuando los líquidos forman espumas o la
geometría del depósito genera ecos que perturban la señal de la lámina de líquido.
Medidores de nivel conductivos
Funciona en líquidos conductores de la electricidad y detectan el cierre de un circuito
eléctrico.
Se suelen emplear como medidores discretos por puntos. Se colocan dos electrodos a
la altura que se desea controlar. Un electrodo está conectado al negativo de una pila y
otro al positivo. Cuando el líquido baña ambos electrodos, se cierra el circuito
eléctrico, detectándose, de esta manera, que el líquido ha alcanzado este nivel.
Son muy sencillos y económicos. El principal inconveniente es que no todos los líquidos
conducen la electricidad, lo que restringe el ámbito de aplicación de esta tecnología.
Medidores de nivel por desplazamiento
Funciona acoplando un flotador a un indicador mecánico mediante un brazo. El
flotador se mueve a lo largo del rango del depósito y ese desplazamiento se transmite
al dial mediante el brazo.
Son sencillos pero no suelen tener una precisión muy alta.
INSTRUMENTOS BASADOS EN CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL LÍQUIDO
Se conocen varios métodos eléctricos para medir niveles de líquidos, pero estos se
emplean principalmente para regular el nivel en un punto o entre dos puntos sin
ninguna medición intermedia. Algunos de estos son el medidor de nivel conductivo,
medidor de capacidad, medidor de nivel ultrasónico, el sistema de medición de rayos
gamma y el medidor de láser.
MEDIDOR DE NIVEL CONDUCTIVO
El medidor de nivel conductivo consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o
electrónico, dispositivo que abre y cierra un circuito, que es excitado cuando el líquido
moja a dichos electrodos. El líquido debe ser lo suficientemente conductor para excitar
el circuito electrónico, y de este modo el aparato puede discriminar la separación entre
el líquido y su vapor, y tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera
de vapor.
La impedancia o resistencia mínima aparente del circuito es del orden de los 20
MW/cm, y la tensión de alimentación es alterna para evitar fenómenos de oxidación
en las sondas por causa del fenómeno de la electrólisis. Cuando el líquido moja los
electrodos se cierra el circuito electrónico y circula una corriente segura del orden de
los 2mA.
El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza relés
eléctricos para líquidos con buena conductividad (Figura 10.a), y relés electrónicos
para líquidos con baja conductividad (Figura 10.b).
Una variante del aparato se utiliza en el control del nivel de vidrio en fusión (Figura
10.c). En este, un sistema electromecánico baja el electrodo hasta que éste entra en
contacto con la superficie del vidrio fundido que a las temperaturas de fusión es
conductor. El circuito está proyectado de tal forma que en el momento del contacto, el
electrodo queda detenido y su posición marcada en un registrador. Instantes después
invierte su movimiento hasta romper el contacto eléctrico y se repite nuevamente el
ciclo.
El instrumento es versátil, sin partes móviles, su campo de medida es grande con la
limitación física de la longitud de los electrodos. El líquido contenido en el tanque debe
tener un mínimo de conductividad y si su naturaleza lo exige, la corriente debe ser baja
para evitar la deterioración del producto.
Figura 10: Medidor de Nivel Conductivo
MEDIDOR DE CAPACIDAD
El medidor de capacidad mide la capacidad del condensador formado por el electrodo
sumergido en el líquido y las paredes del tanque (Figura 11).
En los fluidos no conductores (Figura 11.a) se emplea un electrodo normal y la
capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las
conexiones superiores.
En fluidos conductores (figura 11.b) con una conductividad mínima de 100 mW/cm3, el
electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales
entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
El sistema es apto para muchas clases de líquidos. Sin embargo, hay que señalar que
en los fluidos conductores, los sólidos o líquidos conductores que se encuentran en
suspensión o emulsión, y las burbujas de aire o de vapor existentes, aumentan y
disminuyen respectivamente la constante dieléctrica del fluido dando lugar a un error
máximo de 3% por cada tanto por ciento de desplazamiento volumétrico. Por otro
lado, al bajar el nivel, la porción aislante del electrodo puede quedar recubierta de
líquido y la capacidad adicional que ello representa da lugar a un error considerable.
La precisión de los transductores de capacidad es de ± 1 %. Se caracterizan por no
tener partes móviles, son ligeros, presentan una buena resistencia a la corrosión y son
de fácil limpieza. Su campo de medida es prácticamente ilimitado y pueden emplearse
en la medida de nivel de interfases. Tienen el inconveniente de que la temperatura
puede afectar las constantes dieléctricas (0.1 % de aumento de la constante dieléctrica
/ °C) y de que los posibles contaminantes contenidos en el líquido pueden adherirse al
electrodo variando su capacidad y falseando la lectura, en particular en el caso de los
líquidos conductores.
Figura 11: Medidor de Capacidad
SISTEMA ULTRASÓNICO DE MEDICIÓN DE NIVEL.
El sistema ultrasónico de medición de nivel se basa en la emisión de un impulso
ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo receptor. El
retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.
Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 khz. Estas ondas atraviesan con
cierto amortiguamiento o reflexión del medio ambiente de gases o vapores y se
reflejan en la superficie del sólido o del líquido. En la Figura 12 puede verse varias
disposiciones de montaje de los detectores que se utilizan en los casos de alarmas o de
indicación continua del nivel.
En las aplicaciones de alarma de nivel, los sensores vibran a una frecuencia de
resonancia determinada, que se amortigua cuando el líquido los moja. En el segundo
caso de indicación continua de nivel, la fuente ultrasónica genera impulsos que son
detectados por el receptor una vez transcurrido el tiempo correspondiente de ida y
vuelta de la onda a la superficie del sólido o del líquido.
La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3 %. Son adecuados para todos los tipos
de tanques y de líquidos o fangos, pudiendo construirse a prueba de explosión.
Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos y de dar
señales erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida como es el caso
de un líquido que forme espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos.
Cuadro de comparación de Medidores de Nivel de Líquidos
Cuadro de ventajas y desventajas:
b) Medidores de nivel de sólidos:
De punto fijo: Los medidores de nivel de punto fijo proporcionan una medida en uno
o varios puntos fijos determinados. Los sistemas más empleados son el diafragma, el
cono suspendido, la varilla flexible, el medidor conductivo y las paletas rotativas.
Detector de diafragma
Membrana flexible que por un lado puede entrar en contacto con el producto y por el
otro, está conectada a un mecanismo de contrapeso a un micro ruptor. Este
instrumento de medición consiste en un diafragma con una membrana flexible que se
dispone al costado de la pared del tanque y contiene en su interior un conjunto de
palancas con contrapeso que se apoyan sobre un pequeño interruptor. Cuando el nivel
del sólido alcanza el diafragma, el material lo fuerza venciendo el contrapeso y
cerrando el interruptor. Este puede ser mecánico o de mercurio, puede accionar una
alarma o puede actuar automáticamente sobre un transportador o maquinaria
asociados al depósito. Por otra parte, el material del diafragma puede ser de tela,
goma, neopreno o fibra de vidrio y tiene una precisión de unos ± 50 mm y presenta
ventajas de bajo costo, puede emplearse en tanques cerrados sometidos a baja
presión o vacío gracias a una línea neumática que iguala presiones a ambos lados de la
membrana y trabaja bien con materiales de muy diversa densidad. Tiene la desventaja
de no admitir materiales granulares de tamaños superiores a unos 80 mm de diámetro
Detector de Diafragma.
Cono Suspendido.
El cono suspendido consiste en un pequeño interruptor montado dentro de una
caja impenetrable al polvo, con una cazoleta o pieza pequeña de goma de la que está
suspendida una varilla que termina en un cono. Cuando el nivel de sólidos 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 manejan materiales pesados que, en su caída desde la boca de descarga del
tanque podrían dañarlo.
El aparato es barato, necesita estar protegido como nivel de baja o en niveles
intermedios y se utiliza sólo en tanques abiertos además, su precisión es de unos 50
mm. Sus aplicaciones típicas son la alarma y el control de nivel en carbón, granos y
caliza.
Cono Suspendido.
Varilla Flexible.
La varilla flexible consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de
latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan, aunque sólo
sea ligeramente en la varilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma.
El conjunto de la unidad está sellado herméticamente pudiendo construirse a
prueba de explosión. El aparato se emplea como alarma de alto nivel estando
dispuesto en la parte superior del tanque. Para impedir que la simple caída del
producto pueda causar una alarma infundada, éste incorpora un relé de retardo.
El instrumento se emplea en tanques abiertos como alarma de nivel alto, tiene
una precisión de ± 25 mm, se utiliza para materiales tales como el carbón y puede
trabajar hasta temperaturas máximas de 300 °C.
Varilla Flexible
Paletas Rotativas.
Las paletas rotativas consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira
continuamente a baja velocidad accionado por un motor síncrono. 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 éste queda bloqueado. Cuando el producto baja de nivel y deja
las palas al descubierto, un resorte vuelve el motor a su posición inicial liberando los
dos micro ruptores. De este modo, el motor se excita con lo que las palas vuelven a
girar, y la alarma queda desconectada.
El eje de las palas puede ser flexible o rígido para adaptarse así a las diversas
condiciones de trabajo dentro del silo, tales como caída de producto, deslizamientos
del producto, etc. Estos aparatos son adecuados en tanques abiertos o a baja presión
(máximo 10 kg/cm2), tienen una precisión de unos 25 mm y se emplean
preferentemente como detectores de nivel de materiales granulares y carbón. Pueden
trabajar con materiales de muy diversa densidad y existen modelos a prueba de
explosión.
Se puede ver una aplicación típica de un control de nivel de sólidos en un tanque,
que mantiene el nivel entre los dos puntos donde están situados los detectores.
Cuando el material desciende más abajo del detector inferior, éste pone en
marcha automáticamente la maquinaria de alimentación del producto en el silo y esta
maquinaria se detiene tan pronto como el producto alcanza el detector de nivel
superior. El ciclo vuelve a repetirse cuando, al ir vaciándose el silo, los sólidos
descienden a un nivel por debajo del detector inferior.
Medidor de Paletas Rotativas Control de Nivel de Sólidos.
Conductivo
El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas en conjunto y con el circuito eléctrico abierto. Cuando los sólidos alcanzan el aparato, se cierra el circuito y la pequeña corriente originada es amplificada actuando sobre un relé de alarma. Los sólidos deben poseer una conductividad eléctrica apreciable para poder excitar el circuito. Este instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y a presión, trabaja hasta temperaturas máximas de 300 °C, está limitado a materiales que tengan una conductividad de 1 a 1.4 x 10-7 mho y sólo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles intermedios. Entre los materiales en los que se pueden emplear, figuran el carbón y el carbón activo.
Detectores de nivel continuos.-
Los medidores de nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel de los sólidos desde el punto más bajo al más alto. Entre los instrumentos empleados frecuentemente se encuentran el medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil, el medidor de nivel de báscula, el medidor de nivel capacitivo, el medidor de presión diferencial, el medidor de nivel de ultrasonidos, el medidor de radar de microondas y el medidor de nivel de radiación. Medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil. Este tipo de medidor, representado en la consiste en
un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas. Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso. Éste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el acopio 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.
Medidor de Nivel de Báscula.-
Una báscula es un instrumento para medir y equilibrar fuerzas (pesos), y comprende una serie de elementos esenciales tales como un medio por el cual se puede tomar y soportar la carga, que por lo general es un tanque, una plataforma, un gancho u otro método conveniente para contener la carga; un procedimiento para transmitir el peso de la carga a la fuerza equilibradora y un procedimiento para producir una fuerza suficiente para equilibrar la carga e indicar ese equilibrio. El medidor de nivel de báscula, representado en la mide el nivel de sólido sin directamente a través del peso del conjunto tolva más producto. Como el peso de la tolva es conocido, es fácil determinar el peso del producto y por lo tanto, el nivel. La tolva se apoya en una plataforma de carga actuando sobre la palanca de la báscula o bien carga sobre otros elementos de medida neumáticos, hidráulicos o eléctricos. El sistema es relativamente caro, en particular en el caso de grandes tolvas, pudiendo trabajar a altas presiones y temperaturas. Su precisión depende del sensor utilizado, pudiendo variar de ±0.5 a ±1%.
Medidor de Nivel Capacitivo.-
El medidor de nivel capacitivo es parecido al estudiado en la medición de nivel de los líquidos con la diferencia de que tiene más posibilidades de error por la mayor adherencia que puede presentar el sólido en la varilla capacitiva. La lectura viene influida además por las variaciones de densidad del sólido. La varilla del medidor está aislada y situada verticalmente en el tanque y bien asegurada mecánicamente para resistir la caída del producto y las fuerzas generadas en los deslizamientos internos. La medida está limitada a materiales en forma granular o e 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. Su precisión es de ± 15 mm aproximadamente.
Medidor de Presión Diferencial.-
El medidor de presión diferencial se emplea en la medida y el control continuo de nivel de lechos fluidizados. Según puede verse en la consiste en dos orificios de purga de aire situados en el depósito por debajo y por encima del lecho. Un transmisor neumático o electrónico mide la presión diferencial posterior de los dos orificios mencionados que depende del nivel del lecho fluidizado. Por otra parte, el instrumento puede trabajar a temperaturas superiores a 300 °C y posee una respuesta rápida.
Medidor de Nivel de Ultrasonidos.-
De acuerdo a la el medidor de nivel de ultrasonidos consiste en un emisor de ultrasonidos que envía un haz horizontal a un receptor colocado al otro lado del tanque.
Si el nivel de sólidos está más bajo que el haz, el sistema entra en oscilación enclavando un relé. Cuando los sólidos interceptan el haz, el sistema deja de oscilar y el relé desexita actuando sobre una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depósito. Sin embargo, si la superficie del material no es nítida, el sistema es susceptible de dar señales erróneas. El uso del ordenador permite resolver este inconveniente al almacenar el perfil ultrasónico del lecho del sólido e interpretarlo para obtener el nivel correcto del sólido, además de proporcionar características de autocomprobación del instrumento de medida. El medidor de nivel de ultrasonidos tiene una precisión que varía de ± 0.15% a ±1%, puede construirse a prueba de explosión y trabajar a temperaturas de hasta 150 °C.
Medidor de Nivel de radiación o de Rayos Gamma.-
El medidor de nivel de radiación es parecido al instrumento utilizado en la determinación del nivel de líquidos. Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma, dispuesta al exterior y en la parte inferior del tanque, que emite su radiación a través del lecho de sólidos siendo captada por un detector exterior. El grado de radiación recibida depende del espesor de sólidos que se encuentra entre la fuente y el receptor. La fuente radiactiva y el receptor pueden disponerse también en un plano horizontal, en cuyo caso el aparato trabaja como detector continuo todo-nada. El instrumento puede trabajar a altas temperaturas hasta unos 1300 °C, presión es máximas de 130 bar , en materiales peligrosos o corrosivos, no requiere ninguna abertura o conexión a través del tanque y admite control neumático o electrónico. Su precisión es de ± 1 % y su campo de medida de 0.5 por cada fuente, pudiendo emplearse varias para aumentar el intervalo de medida del nivel. Uno de sus inconvenientes es que es un sistema de coste elevado que necesita una supervisión periódica desde el punto de vista de seguridad, debe calibrarse para cada tanque y no puede aplicarse a materiales a los que afecte la radiactividad.
Cuadro de comparación de medidores de NIVEL DE SÓLIDOS
Cuadro de ventajas y desventajas: