• Author / Uploaded
• alejandra

• Categories
• Física y matemáticas
• Física
• Ciencias fisicas
• Ciencia
• Física Aplicada e Interdisciplinaria

Citation preview

UNIDAD 4. MEDICION DE NIVEL

MEDICIÓN DE NIVEL • En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento del proceso como de la consideración del balance adecuado de materias primas o de productos finales. • Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace necesario cuando se pretende tener una producción continua, cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un proceso requiere de control y medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el caso más simple, para evitar que un líquido se derrame, la medición de nivel de líquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirse en un problema más ó menos difícil, sobre todo cuando el material es corrosivo ó abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo ó cuando se encuentra en un recipiente sellado.

MEDICIÓN DE NIVEL  • Se realiza de forma indirecta en base a: • La altura de líquido sobre una línea de referencia. • La presión hidrostática. • El desplazamiento producido en un flotador por el  propio líquido contenido  en el tanque del proceso. • Aprovechando características eléctricas del líquido.

INSTRUMENTOS DE NIVEL  DE MEDIDA DIRECTA • Los instrumentos de medida directa se dividen en: • Medidor de sonda • Medidor de cinta y plomada • Medidor de nivel de cristal • Medidor de flotador.

INSTRUMENTOS DE NIVEL  POR PRESIÓN HIDROSTÁTICA • Los que miden el nivel aprovechando la presión  hidrostática se dividen en: • Medidor manométrico • Medidor de membrana • Medidor de tipo burbujeo • Medidor de presión diferencial de diafragma

INSTRUMENTOS DE NIVEL POR  CARACTERISTICA ELECTRICA • Los que utilizan características eléctricas del líquido  se clasifican en: • Medidor conductivo • Medidor capacitivo • Medidor ultrasónico • Medidor de radiación • Medidor láser

MEDIDOR DE SONDA O REGLA • Consiste en una varilla o regla graduada, de longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación del nivel se efectúa por la 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 gasolina.

MEDIDOR DE CINTA • Este sistema graduada y un plomo en la punta y opera bajo el principio de flotación, en el que el flotador actúa balanceado a un indicador o contrapeso que proporciona una indicación directa del nivel. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso al fondo del estanque.

MEDIDOR DE CINTA Y PLOMADA VENTAJAS

LIMITACIONES

Construcción e instalación simple

Bajo presión

Bajo costo

Presión de operación limitada a  unas cuantas H2O manometricas

Resistencia buena a la corrosion Adaptable para transmision

VISOR DE NIVEL (MIRILLA) • Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectador 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. • El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta 7 bar. • A presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.

MEDIDOR DE CRISTAL  (MIRILLA)

MEDIDOR DE FUERZA DE  FLOTACIÓN • La fuerza producida por un cuerpo sumergido, la cual es igual al peso del fluido que dicho cuerpo desplaza se conoce como fuerza de flotación. • Bajo este principio se tienen dos tipos de medidores: • Desplazadores (fuerza) • Flotadores (movimiento)

MEDIDOR TIPO  DESPLAZADOR • Su operación se basa en el principio de Arquímedes: "Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado".

MEDIDOR TIPO  DESPLAZADOR • Consiste en cuerpo inmerso, conocido como desplazador, en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión y unido rígidamente al recipiente. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior. • El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo de rotación de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada. • Al aumentar el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el desplazador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño. Por el contrario, al bajar el nivel, menor parte del desplazador queda sumergida, y la fuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor torsión.

MEDIDOR TIPO DESPLAZADOR El desplazador esta suspendido en la barra, lo que restringe su movimiento y evita su contacto con cualquier parte del recipiente en que es colocado. La varilla que conecta al desplazador con la barra de torsion esta diseñada para absorber las fuerzas laterales.

CARACTERÍSTICAS DEL DESPLAZADOR • La precisión es del orden de ± 0,5 % a ± 1 % . • El instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y cerrados a presión o a vacío, tiene una buena sensitividad pero presenta el inconveniente del riesgo de depósitos de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida. • La caja del desplazador se construye de hierro o acero al carbón. La barra de torsión de K‐monel como estándar. El desplazador esta construido de acero inoxidable 316. • Sus conexiones pueden ser de 1 ½” roscadas o de 2” bridadas.

CARACTERÍSTICAS DEL DESPLAZADOR VENTAJAS Adaptable a diferentes densidades de  líquidos Numerosos materiales de construcción  para  proporcionar resistencia a la  corrosión

LIMITACIONES Pesados y voluminosos No puede ser usado en lodos o en fluidos  cubrientes

Buena exactitud

Inadecuado para usarse con fluidos  turbulentos

Convenientes para fluidos condensables

Debe mantenerse sumergido

Fácil instalación No es sensible a las variaciones de la  presión del recipiente Adecuados para la medición de interfaces

MEDIDOR DE FLOTADOR • Consiste en un flotador, esfera de metal hueca, ubicado en el seno del líquido unido, por medio de una varilla, a una flecha rotatoria y a un cojinete que en conjunto llevan el movimiento hasta un mecanismo transmisor de balance de movimientos. Para tener máxima sensitividad es necesario que el flotador se sumerja hasta su sección más ancha.

MEDIDOR DE FLOTADOR Polea de fricción baja

Cinta

Resorte de tensión

Flotador

+

Rueda de lectura digital

Nivel de líquido

+

+

Flotador

MEDIDOR DE FLOTADOR • Este tipo de dispositivo es el más antiguo y el más utilizado en la medición de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o a vacío, y son independientes del peso específico del líquido. Tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el flotador debe mantenerse limpio. Los flotadores tienen una precisión de 0,5 %.

MEDIDOR DE FLOTADOR • A continuación se muestra un medidor de nivel magnético tipo flotador:

MEDIDOR DE FLOTADOR • Ventajas: • Longitudes Visibles Largas • Aplicaciones de líquidos corrosivos o tóxicos • Adaptable a variaciones en densidades de fluidos • Aplicaciones de alta presión o temperatura • Limitaciones: • Afectados por cambios en la densidad del fluido. • Los medios de recubrimiento pueden agarrar piezas móviles • Sobrepresión puede implosionar flotación • Los rangos largos pueden requerir soporte adicional

MEDIDOR DE TIPO BURBUJEO • Este es uno de los métodos mas antiguos en el que tubo (sumergido en el deposito hasta el nivel mínimo) se encuentra conectado a una fuente de gas con presión suficiente para vencer la presión hidrostática generada por la columna de líquido, hasta producir una corriente continua de burbujas. La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es la presión hidrostática del líquido y conociendo la densidad del líquido se puede determinar su nivel. • Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos con materiales en suspensión (el fluido no penetra en el medidor, ni en la tubería de conexion)

MEDIDOR DE TIPO BURBUJEO • Cuando la presión del aire ingresa a un tubo de inmersión con una presión mayor que la del cabezal hidrostático del fluido del proceso, el aire burbujeará por la parte inferior del tubo de inmersión • A medida que cambia el nivel de líquido, también cambia la presión del aire en el tubo de inmersión. Consta de un regulador de presión, un rotámetro y un medidor de presión junto con un pozo de enfriamiento.

MEDIDOR DE TIPO BURBUJEO • Los gases utilizados son generalmente aire e hidrógeno, lo que representa su máxima desventaja y por esa razón son poco utilizados. • La instalación es económica, particularmente para indicaciones locales o servicios limpios. • La exactitud depende del medidor de presión utilizado y de la uniformidad de la densidad del líquido a medir

MEDIDOR DE TIPO BURBUJEO 6 5

3

IAS

1

4

2

5

NOTE A NOTES:

STILLING WELL (BY PIPING)

A. FLANGE BOLTS & GASKET BY PIPING. B. TUBING SHALL TERMINATE 1/2" FROM BOTTOM OF STILLING WELL MINIMUM. OTHER DIMENSIONS MAY BE USED WHEN REQUIRED. 1 2 3 4 5 6

MALE TUBE CONN 316SS, TXMPT TEE ALL TUBE 316SS, TXTXT MALE TUBE CONN 316SS, TXMPT MALE THERMOCOUPLE CONN 316SS TUBING SMLS 316SS 0.049 WALL A213 ROTAMETER 6.0 SCFH 1 1/2" SCALE

1 1/2"T X 1/2"P 1 1/2"T 1 1/2"T x 1/4"P 1 1/2" 20' 1/2" 1 1/4"

CARACTERÍSTICAS DEL  MEDIDOR DE TIPO BURBUJEO VENTAJAS

LIMITACIONES

Bueno para problemas severos de corrosión

Dificultad para operarlos en recipientes a  baja presión

Bajo costo

No utilizado en recipientes cerrados

Buena exactitud, depende de la calidad  del medidor de presion utilizado

No utilizado en recipientes a presión

Funciona bien con fluidos turbulentos

MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL • Este instrumento es el que mejor satisface los requerimientos de transmisión remota. La fuerza o el movimiento resultante es convertido a una señal normalizada de 3‐15 Psig o 4‐20 mA. • Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del estanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del estanque. En un estanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico, es decir: P = h*ρ*g • • • • •

Donde: P = presión h = altura del líquido sobre el instrumento ρ = densidad del líquido g = 9.8 m/s2

MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL • Estos medidores pueden instalarse en tanques atmosféricos o en tanques a presión, variando su esquema de instalación.

MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL • 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.D. • Un punto importante en la especificación es el material del diafragma y debe ser el adecuado para resistir la corrosión del fluido.

MEDIDOR DE PRESION  DIFERENCIAL VENTAJAS Buena exactitud

LIMITACIONES Costo moderado a alto , especialmente cuando  se requieren opciones especiales

Disponible para aplicaciones de alta temperatura y Variaciones en la densidad, índice de errores en la presión medición Fácil instalación Fácil calibración Compensación por temperatura

Funciona mejor con fluidos limpios ó pocos corrosivo

MEDIDOR DE NIVEL ULTRASÓNICO • Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un 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 el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del sólido o del líquido.

MEDIDOR DE NIVEL ULTRASÓNICO • 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. • La utilización de la computadora permite, a través de un programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisión de la medida.

MEDIDOR DE NIVEL  ULTRASÓNICO

MEDIDOR DE NIVEL RADAR • Basado en la reflectometría en el dominio del tiempo (TDR). • Un impulso de energía electromagnética se transmite por una guía. • Cuando el Pulso alcanza una superficie que tiene un Dieléctrico más alto que el Espacio de Vapor en el que viaja, el Pulso se refleja. • La diferencia de tiempo entre el pulso transmitido y el reflejado se convierte en una distancia a partir de la cual se calcula el nivel total o el nivel de interfaz

MEDIDOR DE NIVEL RADAR • Filosofía operativa • Las señales de radar se transmiten desde una antena en la parte superior del tanque • La señal es reflejada por la superficie medida y el eco es detectado por la antena • El eco tiene una frecuencia ligeramente diferente en comparación con la señal transmitida • La diferencia de frecuencia es proporcional a la distancia a la superficie medida

MEDIDOR DE NIVEL RADAR • Consideraciones: • El transmisor se debe instalar en ubicaciones con una vista clara y sin obstrucciones de la superficie nivelada • Manténgase alejado de las entradas de llenado, el centro del tanque u otra obstrucción. • Distancia mínima a la que se puede montar el transmisor desde la pared del tanque • Elija el diámetro de antena más grande posible para la instalación • La altura de la boquilla del tanque puede afectar el rendimiento

MEDIDOR DE NIVEL RADAR • Consideraciones: • El transmisor se debe instalar en ubicaciones con una vista clara y sin obstrucciones de la superficie nivelada • Manténgase alejado de las entradas de llenado, el centro del tanque u otra obstrucción. • Distancia mínima a la que se puede montar el transmisor desde la pared del tanque • Elija el diámetro de antena más grande posible para la instalación • La altura de la boquilla del tanque puede afectar el rendimiento

SISTEMA DE NIVEL POR RADAR

CRITERIOS DE SELECCIÓN  DE LOS MEDIDORES DE  NIVEL • Tipo de recipiente ‐ atmosférico o presurizado • Orientación de la boquilla del recipiente • Material a medir: líquido, interfaz o sólido • Condiciones del proceso: temperatura, presión, densidad, viscosidad, conductividad, turbulencia, espuma, vaporización en la superficie, ácido o corrosivo. • Rango de medicion • Tipo de medición ‐ Continuo (Transmisor), Punto (Interruptor), Local (Indicador) • Medición de contacto o sin contacto

CARACTERÍSTICAS DE MEDIDORES  DE NIVEL CARACTERÍSTICA

Exactitud

DESPLAZADOR

±0.1% a ±0.3%

FLOTADOR

TIPO CINTA

BURBUJEO

D/P PRESION

±1% a ±3%

±1% a ±2%

±1% del rango

±0.5% a ±2% del span

Igual a la altura  del tanque

4” a 1000”  H2O

Analógica

Analógica o  digital

Requerido

Inherente

Rango   recomenda  ble

14” a 48”

1/4” a 14”

Salida

Analógica

Analógica

Unidad   secundaria

Integral

Integral

Servicios

Líquidos   Interfaces

Líquidos

Líquidos

Líquidos

Líquidos   Interfaces

‐150 a 500 oC

150 oC

100 oC

300 oC con  sello

4 Kg/cm2

Cercana a la   atmósferica

100 Kg/cm2

Temp. max.

‐150 a 500 oC

1” a 35 ft

Analógica o  digital Requerido

Presión max.

200 Kg/cm2

150 Kg/cm2

Sensitividad

0.75% del  rango

±1 %

±1 %

De acuerdo al   medidor  asociado

0.75%

Al transmisor

Al  transmisor

sensor/   transmisor

Al transmisor

Suministro de   energía

Al  transmisor

PREGUNTAS