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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

Laboratorio de Instrumentación Industrial

El medidor de nivel Liquicap M.

NOMBRE:

DARIO TELLO

DOCENTES:

ING. OMAR LLERENA

ING ADRIAN ARPI

ING. PEDRO BARBECHO

CUENCA 15 DE ABRIL DEL 2013

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0.1. Presentación de la práctica.

En esta práctica se presenta el principio de funcionamiento, la configuración y uso de un instrumento de medición de nivel que basa su funcionamiento en la variación de la capacitancia (Véase figura 1), para lo que se procederá a configurar mediante el panel del instrumento y el software de configuración Fieldcare, y posteriormente comprobar el correcto funcionamiento del instrumento.

0.2. Requisitos y conocimientos previos.

Lecturas recomendadas: Principio de medición de nivel capacitivo [1] pág. 43-67. [2] pág. 78. Precauciones y verificación de las protecciones: Verificación de que la fuente de alimentación se encuentre dentro del rango de alimentación

del instrumento (9-30VDC), y que el instrumento se encuentre correctamente polarizado. Evaluaciones: Se realizará una evaluación de los conocimientos previos y de los adquiridos con la

realización de esta práctica.

0.3. Objetivos.

■ Estudiar y comprobar el principio de funcionamiento de un medidor de nivel capacitivo.

■ Configurar mediante el panel del instrumento los parámetros necesarios para el correcto funcionamiento del medidor de nivel capacitivo.

■ Configurar mediante el software FieldCare los parámetros necesarios para el correcto funcionamiento del medidor de nivel capacitivo.

0.4. Equipos, instrumentos y software.

Descripción Marca Identificación / Serie Medidor de nivel capacitivo. Endross &

Hauser LIQUICAP M

Software de configuración. Endross & Hauser

FieldCare vl.O Fuente de alimentación de 24VDC. Siemens SITOP

Interface instrumento PC. Endross & Hauser

FXA195 Computadora Personal Windows XP

32bits.

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0.5. Exposición.

El principio do medición de nivel capacitivo se basa en el cambio de capacitancia, siendo el capacitor un componente eléctrico capaz de cargar y descargar energía eléctrica.

El capacitor básico está compuesto de 2 capas conductivas separadas por un aislante conocido como dieléctrico [1|.

La capacitancia de un capacitor con placas paralelas es dependiente de la distancia de separación de las placas, del área de las placas y de la permitividad relativa del dieléctrico, en donde esta última tomará diferentes valores dependiendo del dieléctrico [1|. En el caso de tener la distancia entre las placas y el área de las placas constante, la capacitancia depende directamente de la permitividad relativa del dieléctrico: En la práctica para el medidor de nivel capacitivo, el capacitor está formado por la pared del tanque y una sonda aislada montada en el tanque, la capacidad de este condensador depende del material que hay entre la sonda y la pared del tanque, si solo hay aire, es decir, si el tanque está vacío, la capacidad del conductor es baja. Cuando parte de la sonda está cubierta por el producto, la capacidad incrementara.

El cambio de capacidad se convierte mediante un amplificador en una señal de salida analógica [1. 2]. Para realizar la medición de nivel por variación de capacidad, el condensador se conecta a un circuito de corriente alterna de alta frecuencia, de modo que el cambio de la capacidad AC representa el cambio de nivel, la cual se puede convertir en señal eléctrica [1l, 3]. Un oscilador colocado en el cabezal de la sonda convierte los cambios de capacidad en variaciones de voltaje o frecuencia. Esta variación se convierte mediante un relé en un switch de capacidad.

El sensor de nivel capacitivo es aplicable para líquidos y sólidos [4]. Para un tanque cilíndrico como el de la figura la capacitancia en función de la variación del nivel del producto está dada por la ecuación 1[1].

En donde, D es el diámetro del tanque, d es el diámetro de la sonda del instrumento, L es la altura del producto con permitividad relativa Er.

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0.6. Proceso y procedimiento.

0.6.1. Proceso. Ver Figura

5

.

0.6.2. Procedimiento.

0.6.2.1. Caracterización del instrumento.

Se debe observar las siguientes características del instrumento y realizar una descripción

1.- Ubicar al equipo según la cadena de medición.

En este caso el sensor capacitivo, en la práctica se tomo el funcionamiento como un indicador,

luego el sensor el cual censa el valor de la capacitancia luego mediante un transductor convierte la

señal que en primera instancia es una señal no definida en una señal eléctrica analógica, luego esta

señal es transformada a código binario entre o y 1 por lo que nos mostro en la parte posterior del

equipo, ahí nos hablaba de un salida de corriente eléctrica entre 4 y 20 m A, lo cual cumple la

norma y también en la parte posterior se vio que tenia comunicación HART, esto quiere decir que

este equipo en definitiva es un transmisor, porque un transmisor tiene una comunicación de datos

en este caso a través del protocolo HART, además un transmisor cumple con las características de

una cadena de un indicador, sensor y transductor.

2.- Entrada del equipo.

Tensión de alimentación

Todos los voltajes siguientes tensiones en los terminales directamente en el dispositivo:

FEI50H:

• 12,0 a 36 VCC (en la zona no peligrosa)

• 12,0 a 30 VCC (en zonas peligrosas EEx ia)

• 14,4 a 30 VCC (en zonas peligrosas EEx d)

Potencia de consumo FEI50H

Min. 40 mW máx. 800 mW

• Medición de frecuencia:

- 500 kHz

• Span:

Δ C = 25 hasta 4000 pF

Recomendada (2 a 4000 pF posible)

• Capacidad final:

- CE

= Max. 4000 pF

• Capacidad inicial ajustable:

- CA

= 0 a 2000 pF (<6 m longitud de la sonda)

- CA

= 0 a 4000 pF (<6 m longitud de la sonda)

3.- Salida del equipo.

FEI50H (4 a 20mA/HART VERSION 5,0)

• 3,8 a 20,5 mA con protocolo HART

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4.- Tipo de comunicación del equipo.

La operación local

• Estándar - a través de las teclas e interruptores en el inserto electrónico

• Opcional - a través del módulo de visualización y de funcionamiento

Control remoto

• Con el terminal portátil HART DXR375

• Con un ordenador personal, Commubox FXA191, FXA195 y la herramienta de funcionamiento

de los programas ToF -Fieldtool paquete o FieldCare.

NOTA

Herramienta TOF y FieldCare son programas gráficos de funcionamiento de los dispositivos de

medición de Endress + Hauser.

Se utilizan para apoyar la puesta en servicio, respaldo de datos, análisis de señales y

documentación de la medición punto.

5.-Aplicaciones con el equipo

El Liquicap M transmisor FMI5x compacto se utiliza para la medición continua de nivel de líquidos.

Gracias a su construcción robusta y probada y comprobada, la sonda se puede utilizar tanto en vacíos y sobrepresión en bar hasta 100. Los materiales utilizados permiten temperaturas de funcionamiento en el recipiente de medio de -80 ° C a +200 ° C. Se utiliza junto con Fieldgate (remoto medido valor interrogatorio a través de Internet), Liquicap M proporciona una solución ideal para los materiales de inventario y optimización logística (control de inventario).

SUS BENEFICIOS

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• No necesita ajustes para los medios de comunicación con una conductividad de 100 uS / cm y superior. Las sondas están ajustado a la longitud de la sonda ordenó al salir de la fábrica (0% a 100%). Esto hace fácil y rápido puesta en marcha posible.

• Menú guiado por la configuración local a través de pantallas de texto (opcional)

• Aplicación universal gracias a la amplia gama de certificados y autorizaciones

• Usar también en los sistemas de seguridad que requieren seguridad funcional SIL2 de acuerdo con IEC 61508

• Resistentes a la corrosión, según listado FDA materiales en contacto con el proceso

• Se puede activar para la acumulación de medios de formación

• Los tiempos de reacción cortos

• No hay necesidad de reajuste después de sustituir la electrónica

• Control automático de la electrónica y los posibles daños en el aislamiento, así como la rotura de varilla o cuerda lagrimeo

• Apto para la medición de interfaz

0.6.2.2. Configuración mediante el panel del medidor.

Identificación del panel, ver figura 4.

Figura 4: Panel operador.

La pantalla puede ser usada para la configuración del dispositivo vía 3 teclas, ver Figura 5.

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Figura 5: Pantalla Principal.

Para la configuración debemos acceder y confirmar los parámetros de la siguiente manera, ver Figura 6.

Configurar como nivel máximo el 100 % del tanque real y tomar las medidas de corriente en aproximadamente:

% del nivel

configurado.

Corriente

(m A) 0 4

25 8

50 11,9

75 15,9

100 19,8

Figura 6: Configuración mediante el panel del instrumento.

0, 4

25, 8

50, 11,9

75, 15,9

100, 19,8

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100

CO

RR

IEN

TE (

m A

)

CAPACIDAD %

% DE CAPACIDAD VS CORRIENTE

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0.6.2.3. Configuración mediante el software FieldCare.

Para ingresar al escritorio remoto hacemos lo siguiente teniendo en cuenta, que solo una PC a la

vez puede estar conectada.

Primero damos click en inicio→Todos los programas→Accesorios→Conexión a Escritorio

Remoto, como se muestra en la figura 1.

figura 1

En la pantalla de conexión a escritorio remoto en la opcion Equipo colocamos la direccion:

192.168.65.101:63389 y damos click en Conectar, como se muestra en la figura 2.

figura 2

Luego nos puede dar un error debido a la version de que tenemos Vindows Vista, pero no es de

algun problema y damos click en Si, como se muestra en la figura 3.

figura 3.

10

Luego se nos aparecera una pantalla en la cual iniciaremos sesion en Windows, aquí colocamos en

Nombre de usuario: usuario, y en contraseña digitamos 693, y luego damos click en Aceptar como

se muestra en la figura 4.

figura 4

Luego ya nos comunicamos a un escritorio remoto en el cual esta el software Fielcare, para la

configuracion respectiva como se mostrará posteriormente como se muestra figura 5.

figura 5.

Para la configuración con el FieldCare se necesita de la interface instrumento-pc Combux USB

FAX195-P1.

También se bebe montar el lazo de corriente, en el cual debemos activar la resistencia de 270Ω del

Combux USB FAX195-P1, ver Figura 6.

11

Figura 6: Esquema del lazo de corriente.

Al darle click en el icono de FieldCare nos mostrara la siguiente pantalla como se muestra en la

figura 7.

figura 7.

Luego se nos mostrara la pantalla de inicio, damos click en continuar como se muestra en la figura

8.

12

figura 8.

Para poder observar los equipos en la red HART se debe hacer la configuración del equipo, ver

Figura 9.

Figura 9: Configuración del equipo.

En la siguiente pantalla elegimos en la Interfaz Serial COM6, en la cual es un (Commubox FXA

195 USB HART MODEM).

13

También luego de aseverarnos en qué dirección HART está el dispositivo lo cual verificamos que

estaba en la dirección 5, para verificar esto vamos al dispositivo capacitivo, en el panel de

configuración HART buscamos la dirección, que en este caso fue 5.

Luego de hacer esto iniciamos la búsqueda o dirección de inicio 5, hasta una dirección final de 5,

esto para que la búsqueda no tarde demasiado tiempo, como se puede observar en la figura 10.

Figura 10

Luego se iniciara el proceso de búsqueda, el cual si demora un periodo de tiempo corto como se

muestra en la figura 11.

Figura 11

Una vez hecho este paso podemos observar que el instrumento ya está colgado en la red, esto se

muestra en la figura 12.

14

Figura 12.

En la pantalla de Ajustes HART, podemos cambiar la dirección como en este caso es 5, podemos

cambiar a cualquier dirección desde 1 hasta 15 debido a que 0 es un puerto analógico para la

visualización de la corriente de salida analógica que oscila entre los 4 y 20 mA dependiendo del

nivel de capacitancia o llenado del tanque correspondiente, esto lo podemos observar en la figura

13.

Figura 13.

Luego damos clic en la pestaña de ajustes básicos, y aquí podemos ajustar los valores mínimos y

máximos para el llenado del tanque para la verificación de la corriente, como se muestra en la

figura 14.

15

Figura 14.

En la siguiente pantalla nos muestra el comportamiento de la capacitancia a un nivel mínimo es

decir con un tanque vacio, se puede observar que la capacitancia inicial es de 47,56 pf esto se

puede observar en la siguiente figura 15.

Figura 15.

Una vez realizado esto ingresamos a la pestaña de linealización aquí damos clic en una

linealizacion tipo lineal, como podemos observar en la figura 16.

16

Figura 16.

Para visualizar la corriente de salida, nos dirigimos a la pestaña de ajustes HART, y en la opción de

dirección HART colocamos la dirección 0, esto debido a que la visualización de la corriente de

salida analógica esta en el puerto 0 esto se puede observar en la figura 17.

Figura 17.

Una vez realizado este procedimiento, seguimos al llenado del tanque hasta el 50% de su capacidad

esto debido a que así nos pide la practica colocamos esta capacitancia que en este caso es de 280,

64 pf como el valor máximo del tanque, esto lo podemos observar en la figura 18.

17

Figura 18.

Configurar como nivel máximo el 100% del tanque real y tomar las medidas de corriente en

aproximadamente:

CORRIENTE A UN NIVEL DE 100%. Luego de bajar un poco el nivel del tanque para que sea

más preciso al 100% tenemos el siguiente valor de corriente esto se puede observar en la figura 19.

Figura 19.

CORRIENTE A UN NIVEL DEL 75%. Luego de bajar un 25% el nivel del tanque para llegar a

un nivel de un 75% tenemos el siguiente valor de corriente esto se puede observar en la figura 20.

18

Figura 20.

CORRIENTE A UN NIVEL DEL 50%. Luego de bajar un 25% el nivel del tanque para llegar a

un nivel de un 50% tenemos el siguiente valor de corriente esto se puede observar en la figura 21.

Figura 21.

CORRIENTE A UN NIVEL DEL 25%. Luego de bajar un 25% el nivel del tanque para llegar a

un nivel de un 25% tenemos el siguiente valor de corriente esto se puede observar en la figura 22.

19

Figura 22.

CORRIENTE A UN NIVEL DEL 0%. Luego de bajar un 25% el nivel del tanque para llegar a

un nivel de un 0% tenemos el siguiente valor de corriente esto se puede observar en la figura 23.

Figura 23.

% de nivel configurado

Corriente (m A)

0 4,029

25 8,127

50 12,22

75 16,09

100 19,947

20

0.7. Conclusiones, observaciones y recomendaciones.

Conclusiones:

Se determino que su principio de funcionamiento se basa en la capacitancia, cuyo principio

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120

CO

RR

IEN

TE

CAPACIDAD %

% de TANQUE VS CORRIENTE

0

25

50

75

100

0 5 10 15 20 25

% D

E C

AP

AC

IDA

D

CORRIENTE

CORRIENTE VS % TANQUE

21

depende de distancia entre las placas, área de las placas, y material dieléctrico, entonces

como se observo se concluye que la capacitancia depende del material dieléctrico existente

en este caso es el liquido, y se observa que al irse vaciando o llenando el tanque la

capacitancia se irá modificando.

Para niveles mínimos de capacitancia de 47 pf es para un nivel vacio de tanque, y como

máximo 400 pf para un máximo nivel del tanque esto quiere decir como tanque lleno.

Se determino que el rango entre 4 -20 m A, nos da como salida la señal la cual 4 m A, es

para un nivel vacio de tanque y 20 m A, para un nivel máximo.

Mediante el manejo del software Fieldcare podemos determinar la corriente de manera

visual, y así poder monitorear la corriente mediante un display, ver la capacidad en

cualquier instante sin necesidad de estar presente cerca del tanque.

Recomendaciones:

Asegurarse que la llave manual de vaciado este cerrada ya que en la práctica esperamos un

tiempo considerable y el llenado no se daba debido a esta fuga, no determinada.

Observar que los indicadores de llenado del tanque no estén mal calibrados, ya que al

nosotros realizar la practica esperamos un tiempo considerable y no observábamos llenado

en los indicadores, pero el llenado ya se dio y nosotros no nos percatamos de los ajustes a

estos indicadores los cuales nos mostraban un llenado erróneo.

Se debe ajustar correctamente el display ya que podría ocasionar posibles fallas en la

práctica identificar bien los botones, debido a que la practica al ser tan sencilla puede

volverse difícil si no ajustamos correctamente el display.

Para no tener retardos debidos a la búsqueda de equipos y organizar una búsqueda total es

decir de todas las direcciones desde el 0 al 15, es necesario buscar en el dispositivo

capacitivo la dirección HART correspondiente.

Para comunicarnos a una comunicación remota debemos tener en cuenta, que solamente un

equipo puede conectarse a la vez.

Observaciones:

Se determino que el liquidcap M FMI51, es un transmisor ya que lleva incorporado un

indicador, un sensor y un transductor además de protocolo de comunicación que en este

caso es HART.

0.8. Referencias

[1] W. van de Kamp, The Theory and Practice of Level Measurement, 16th ed. Naarden: Endress&

Hauser, 2001.

[2] N. A. Anderson, Instrumentation for process measurement and control. Boca Raton, Fla: CRC

Press, 1998.

[3] A. Creus Solé, Instrumentación industrial, 7a. ed. México: Alfaomega, 2006.

[4] A. S. Morris, Measurement and instrumentation principles. Oxford: Butterworth-Heinemann,

2001.

[5] http://file.yizimg.com/4257/2009042405111637.pdf//LIQUICAPMFMI51