11-Informe Medidores de Nivel

 

“AÑO DEL BICENTENARIO DEL PERU: 200 AÑOS DE INDEPENDENCIA” 

ESCUELA PROFESIONAL  Ingeniería en Energía SISTEMA DE MEDICIÓN DE NIVEL ESTUDIANTES Paredes Mendez Angel

0202011004 0202011004

Espinoza Perez Josue

0202011007

Benito Espinoza Matías

0202011005

Zevallos Zarzosa Ricardo

0202011 0202011019 019

Desposorio Angulo Alex

0202011025 0202011025

FECHA DE ENTREGA 19 de enero del 2022

CUARTO CICLO

Nuevo Chimbote

 

Índice I.

INTRODUCCION INTRODUCCION .................................. .................................................. .................................. .................................. ................................. ................................. .....................3 .....3

II.

SISTEMAS DE MEDICION DE NIVEL NIVEL ................ ................................ ................................. .................................. .................................. ...........................4 ..........4 1.

Medición de Nivel............................. Nivel.............................................. .................................. .................................. ................................. ................................. ...................4 ..4

2.

¿Por qué medidos el nivel? ................. .................................. ................................. ................................. .................................. .................................4 ................4

3.

Tipos de de medidores de Nivel ............................... ................................................ .................................. .................................. .................................4 ................4 3.1. Medidores de Nivel de acuerdo a su funcionamiento: ................................ ................................................. ...................5 ..5  

•

Medición Directa .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .........................5 ........5 -Interruptor Flotante y sus variaciones: ............................................... ............................................................... ..............................5 ..............5 -Horquilla Flotante ............................... ................................................ .................................. .................................. .................................. ...........................5 ..........5

 

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Medidores basados en la presión hidrostática ................................. .................................................. ..............................6 .............6 -Medidor Manométrico:................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ...................6 ..6 -Medidor de presión diferencial ..................................... ..................................................... ................................. .................................. ...................7 ..7

 

Medidores de desplazamiento ............................... ................................................. ................................... ................................. .....................7 .....7

 

Medidores basados en características eléctricas del liquido ............................... ..........................................8 ...........8

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-Medidor de capacidad..................................... ..................................................... ................................. .................................. .................................8 ................8  

Medidor de ultrasonidos ................................. ................................................. ................................. ................................. ..............................9 ..............9

 

Medidor de radar o microondas ................................. ................................................. ................................. .................................. .................10 10

 

Medidor de radiación ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. .................11 11

 

Medidor laser ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ............................12 ...........12

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III.

SENSORES, CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS Y DINÁMICAS ................................ ................................................ ......................13 ......13

1.

Características Estáticas .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. ....................13 ...13

2.

Características Dinámicas ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ....................14 ...14

IV.

CALIBRACIÓN DE UN MEDIDOR DE NIVEL ............................... ................................................ .................................. ............................14 ...........14

1.

Para un Instrumento Instrumento de nivel de desplazamiento: desplazamiento: ................................ ................................................. ...............................14 ..............14

2.

Para un Instrumento Instrumento de nivel basado en en la presión hidrostática: hidrostática: ............................... ........................................14 .........14

V.

APLICACIÓN DE LOS MEDIDORES DE NIVEL EN LA INGENIERIA ............................... ................................................ .................15 15

VI.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS............................... ................................................ .................................. .................................. ............................16 ...........16

 

I.  INTRODUCCION Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace más necesario cuando se pretende tener una producción continua ; cuando se desea mantener una presión hidrostática , cuando un proceso requiere de control y medición de volumen de líquidos o sólidos, en el caso más simple , para evitar que algún material se derrame, la medición de nivel, dentro de un recipiente parece sencillo , pero puede convertirse en un problema más o menos difícil dependiendo de los materiales a medir.

 

II.  SISTEMAS DE MEDICION DE NIVEL 1.  Medición de Nivel Para medir el nivel de llenado, se determina la altura de llenado del medio en contenedores industriales, por ejemplo, en depósitos de proceso o de almacenamiento, silos o canales abiertos, estos niveles son hallados a través de un medidor m edidor de nivel. Un medidor derecipiente, nivel es uneste dispositivo que mide altura del material, dentro de un tanque u otro mide el electrónico nivel de llenado de unladepósito o silo mediante distintos métodos de medición y lo convierte en una señal electrónica. La señal de nivel se muestra directamente in situ o se vincula a un control de procesos o sistema de control.

2.  ¿Por qué medidos el nivel? Los sensores de medición de nivel son parte integral del control de d e proceso en muchas industrias ya que estos controlan tanto el correcto funcionamiento del proceso como de la consideración del balance adecuado adecuado de materias primas o de productos pr oductos finales.

3.  Tipos de medidores de Nivel Podemos dividir los instrumentos de medición de nivel desde sus diferentes aplicaciones, dos grandes grupos se forman si consideramos los medidores de medición continua y los medidores de detección de nivel, sin embargo, también se les puede clasificar mediante sus métodos de funcionamiento o si están diseñados para materiales líquidos o sólidos, mediciones claramente claramente diferenciadas por sus distintas peculiaridades y las aplicaciones aplicaciones particulares de las que son objeto.

 

3.1. Medidores de Nivel de acuerdo a su funcionamiento: 3.1.    Medición Directa

•

Estos están basados en la conexión directa con el material a medir, en su mayoría dan la medida de manera analógica, son los más simples y que satisfacen requerimientos industriales simples. Algunos ejemplos de estos son: -Interruptor Flotante y sus variaciones:

Un flotador representa un sensor que, gracias a su reducida densidad, «nada» sobre el fluido. Dentro del flotador se encuentra un u n imán y uno o varios v arios contactos reed. Al alcanzar el nivel de líquido definido, debido al empuje de flotación el imán activa el contacto reed. Se produce entonces la medición independientemente de la influencia de factores como la presión, la temperatura, la conductividad y la formación de burbujas en el medio, este tipo de medidor de nivel solo es apto para líquidos.

-Horquilla Flotante

En el tanque hay una horquilla vibrante. Dicha horquilla recibe una excitación piezoeléctrica y vibra con su frecuencia de resonancia mecánica, que es de aprox. 1200 Hz. Debido al contacto con el medio, varía la frecuencia de vibración. La variación en la frecuencia es registrada por un oscilador integrado, y es transformado por un comando de conmutación, este medidor también puede ser usado en materiales sólidos, y de hecho es una de las opciones más económicas.

 

  Medidores basados en la presión hidrostática Estos se basan en la teoría de la Presión Hidrostática, mas concretamente en como la presión pr esión varia con la altura de la columna de liquido como indica la formula: •

-Medidor Manométrico:

Consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del tanque, que funciona con la ayuda de una válvula de cierre para mantenimiento, y un pote de decantación con una válvula de purga. El manómetro mide la presión debida a la altura del líquido h que existe entre el nivel del tanque y el eje del instrumento. Teniendo en cuenta la diferencia de presión p resión hidrostática. La delmedida líquido.está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad

 

-Medidor de presión diferencial

Consiste en un diafragma en contacto con el fluido del depósito, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del depósito. Tanque abierto: El nivel del líquido es proporcional a la presión en el fondo. Se coloca un medidor de presión. Tanque cerrado: Diferencia de presión ejercida por el líquido en el fondo y la presión que tiene el depósito. El diafragma forma parte de un transmisor neumático, o electrónico de presión diferencial.

  Medidores de desplazamiento Consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque. El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo de rotación ro tación de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada, es decir, al momento ejercido por el flotador. El tubo proporciona además un cierre estanco entre el flotador y el exterior del tanque (donde se dispone el instrumento receptor del par transmitido). Según el principio de Arquímedes, el flotador sufre un empuje hacia arriba que viene dado por la fórmula: •

 

  Medidores basados en características eléctricas del liquido Consiste en uno o varios electrodos y un circuito electrónico que excita un relé eléctrico o electrónico al ser los electrodos mojados por el líquido. Este debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrónico, y de este modo el aparato puede discriminar la separación entre el líquido y su vapor. •

El relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea, o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el circuito. El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo, y con la sensibilidad ajustable permite detectar la pre5sencia de espuma en el líquido -Medidor de capacidad

El medidor de capacidad, conocido también por sensor de nivel de radiofrecuencia (RF) o de admitancia, mide la capacidad del condensador formado por un electrodo sumergido en el líqui5do y las paredes del tanque. Trabaja en la gama baja de radiofrecuencia de pocos MHz, midiendo la admitancia de un circuito de corriente alterna, la que varía según s egún el nivel de líquido en el tanque. Para clari7 car la descripción del instrumento de capacitancia, los términos admitancia e impedancia de un circuito de c.a. son comparables a los de conductancia y resistencia de un circuito de c.c., es decir, la admitancia es la medida m edida de la conductividad de un circuito de c.a. y es la inversa de la impedancia. La fórmula de la capacitancia del conjunto electrodo-tanque es:

Como el sistema utiliza una señal de radiofrecuencia, debe considerarse adicionalmente la impedancia (Z), que es la oposición al flujo de corriente, según la ecuación:

 

  Medidor de ultrasonidos Se basa en la emisión de un impulso ultra5sónico 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. •

Si el sensor se coloca en el fondo del tanque, envía un impulso eléctrico que es convertido mediante un transductor (cristal piezoeléctrico) a un impulso ultrasónico de corta duración, que es transmitido a través de la pared del d el tanque hacia el líquido. El impulso se refleja en la superficie s uperficie del líquido y retorna hasta el transductor tr ansductor ultrasónico. El nivel del tanque viene expresado por:

Pero la aplicación típica es situar el emisor en la parte superior del tanque y dirigir el impulso ultrasónico a la superficie del líquido para ser reflejado y retornar al receptor. El transductor del receptor realiza los cálculos para convertir esta distancia en el nivel del líquido en el tanque.

 

  Medidor de radar o microondas El sistema de radar de microondas se basa en la emisión continua de una onda electromagnética, típicamente dentro del intervalo de los rayos X (10 GHz). El sensor está situado en la parte superior del tanque y envía las microondas hacia la superficie del líquido. Una parte de la energía enviada es reflejada en la superficie del líquido y la capta el sensor. El tiempo empleado por las microondas es función del nivel en el tanque. Una técnica empleada es utilizar una onda continúa modulada en alta frecuencia (por encima de los 10 GHz), de modo que se detecta la diferencia de frecuencia entre la señal emitida y el eco recibido. La técnica recibe el nombre de FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave - Onda continua continua modulada en frec frecuencia). uencia). La diferencia de frecuencias es proporcional al tiempo empleado por estas señales de transmisión y retorno, es decir, al nivel. Y así: •

 

  Medidor de radiación El sistema de radiación (medición por rayos gamma) 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 sólo llega un pequeño porcentaje. Los detectores son, en general, tubos Geiger o detectores de cámara iónica y utilizan amplificadores de c.c. o de c.a. El instrumento dispone de compensación de temperatura, de linealización de la señal señal de salida y de reajuste de la pérdida de ac tividad de la fuente de radiación, extremo este último a tener en cuenta para conservar la misma exactitud de la puesta en marcha. Como desventajas en su aplicación figuran el blindaje de la fuente y el cumplimiento de las leyes sobre protección de radia5ción, que en nuestro país están reglamentadas por el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN).

 

  Medidor laser El sistema mide el nivel de forma parecida al medidor de nivel de ultrasonidos con la diferencia de que emplea la luz en lugar del sonido. s onido. Consiste en un rayo láser (Light Amplication Amplica tion by Simulated Emission of Radiation) enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexión en un espejo sobre la superficie del metal fundido. La señal puede ser por impulsos o por onda continúa modulada en alta frecuencia. En el primer caso, cada impulso de láser llega hasta el nivel de líquido y regresa al receptor. En forma parecida par ecida a la del nivel por radar, la distancia desde el sensor hasta el nivel se calcula por la fórmula: •

La señal láser de onda continua está modulada en alta frecuencia y cambia de fase al chocar contra el nivel de líquido. Cuando alcanza el receptor, el circuito electrónico calcula la distancia midiendo el desfase entre la onda emi: da y la recibida, la frecuencia y la longitud de onda. El sistema de rayo láser no es influido por los cambios de temperatura y presión, ni por las turbulencias y las capas de gases, ni por los materiales absorbentes del sonido y, asimismo, tampoco por los de baja constante dieléctrica (como ocurre en el medidor de nivel de radar). Es inmune a reflexiones y ecos provocados por polvo y al movimiento de palas del agitador.

 

III.  SENSORES CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS Y DINÁMICAS DINÁMICAS Los sensores o transductores se encargan de convertir una señal física (temperatura, luz, sonido, etc) en una señal eléctrica de corriente o voltaje que puede ser manipulada (medida, amplificada, transmitida, etc). Características generales de los sensores El transductor ideal sería aquel en que la relación entre la magnitud de entrada y la magnitud de salida fuese proporcional y de respuesta instantánea e idéntica para todos los elementos de un mismo tipo. Sin embargo, la respuesta real de los transductores nunca es del todo lineal, tiene un rrango ango limitado de validez, suele estar afectada por perturbaciones del entorno exterior y tiene un cierto retardo en la respuesta. Las características de los transductores se pueden agrupar en dos grandes bloques: bloques : Características estáticas: que describen la actuación del sensor en régimen permanente o con

cambios muy lentos de la variable a medir. Características dinámicas: que describen el comportamiento del sensor en régimen transitorio.

1.  Características Estáticas Rango de medida: el conjunto de valores que puede tomar la señal de entrada comprendidos entre el máximo y el mínimo detectados por el sensor con una tolerancia de error aceptable. Resolución: indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy próximos de la variable de entrada. Indica que variación de la señal de entrada produce una variación va riación detectable en la señal de salida. Precisión: define la variación máxima entre la salida real obtenida y la salida s alida teórica dada como patrón para el sensor. Repetitibilidad: Indica la máxima variación entre valores de salida obtenidos al medir varias veces la misma entrada con el mismo sensor s ensor y en idénticas condiciones ambientale ambientales. s. Linealidad: un transductor es lineal si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de la señal de salida con los respectivos incrementos de la señal de entrada en todo el rango de medida. Sensibilidad: indica la mayor o menor variación de la señal de salida por unidad de la magnitud de entrada. Cuanto mayor sea la variación de la señal de salida producida por una variación en la señal de entrada, el sensor es más sensible. Ruido: cualquier perturbación aleatoria aleatoria del propio sis sistema tema de medida que afecta la señal que se quiere medir.

 

2.  Características Dinámicas Velocidad de respuesta: mide la capacidad del sensor para que la señal de salida siga sin retrazo las variaciones de la señal de entrada. Respuesta en frecuencia: frecuencia: mide la capacidad del sensor para seguir las variaciones de la señal de entrada a medida que aumenta la frecuencia, generalmente los sensores convencionales presentan una respuesta del tipo pasabajos. Estabilidad: indica la desviación en la salida del sensor con respecto al valor teórico dado, al variar parámetros exteriores distintos al que se quiere medir (condiciones ambientales, alimentación, etc.).

IV.  CALIBRACIÓN DE UN MEDIDOR DE NIVEL 1.  Para un Instrumento de nivel de desplazamiento: La calibración para este tipo de medidor consiste en conectarlo a un tubo en U generalmente transparente que permita observar la altura del agua, entonces la variación de altura en el tubo simula los puntos de nivel en todo el campo de medición.

Luego ya calibrado el instrumento bastará cambiar el ajuste de densidad al valor que tenga el líquido del proceso.

2.  Para un Instrumento de nivel basado en la presión hidrostática: En este caso la calibración de los medidores manométricos (de membrana o de burbujeo) se realiza de forma similar a la de los instrumentos de presión, transformado la altura del líquido al valor correspondiente de la presión a simulada:

 

V.  APLICACIÓN DE LOS MEDIDORES DE NIVEL EN LA INGENIERIA La medición de nivel es muy aplicada para: Controlar el nivel de llenado en botellas, contenedores, latas y envases mixtos, usado en la industria alimenticia, industria farmacéutica, industria de cosméticos, industrias químicas. Medir el nivel de combustibles, agua dulce, agua salada, entre otros compuestos co mpuestos necesarios para los barcos, calderas, etc., en las industrias pesqueras. Controlar el nivel de material m aterial almacenado en tanques, silos, etc., especialmente en industrias alimenticias, purificación de agua, entre otras donde es importante mantener la continuidad de los procesos. Algunos tipos de estos medidores son óptimos para medir fluidos con altas temperaturas, líquidos muy corrosivos, reactores de polímeros, etc., ya que no existe contacto con el material almacenado, usados especialmente especialmente en industrias indus trias de químicos, petroquímica y metalurgia. Se utilizan en industrias como: minería y construcción, fertilizadores, procesos químicos, generación de energía, comida y bebidas, procesamiento de papel, petroquímica.

 

VI.  REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS -OMEGATM (24 de setiembre del 2015), Introducción a la medición de nivel, Ciudad de México Recopilado de:  de: https://mx.omega.com/prodinfo/medic https://mx.omega.com/prodinfo/medicion-de-nivel.html ion-de-nivel.html   -R. Martinez, M. Parada, A. Ramos (11 de diciembre del 2014), Medidor de Nivel, Chile -niveles-3-pdf-free.html .html   Recopilado de:  de: https://pdfcoffee.com/informe-medidor-de https://pdfcoffee.com/informe-medidor-de-niveles-3-pdf-free -Anonimo Recopilado de:  de: https://n9.cl/wkn47n  https://n9.cl/wkn47n  -MSA Co. (sin fecha), Medidores de nivel para todas las necesidades ipo-tecnologia/medicion-de-nivel/ dicion-de-nivel/   Recopilado de:  de: http://www.msa.net.co/soluciones/t http://www.msa.net.co/soluciones/tipo-tecnologia/me -Mercedezz Salinas (27 de setiembre -Mercede s etiembre del 2016), Medicion de Nivel Recopilado de:  de: https://silo.tips/download/capitulo-5-medic https://silo.tips/download/capitulo-5-medicion-de-nivel ion-de-nivel