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DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CARRERA DE ELECTRONICA EN AUTOMATIZACION Y CONTROL

NIVEL: 8mo

ASIGNATURA: INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

TEMA: SENSORES DE NIVEL

Profesor: Ing. Andrés Arcentales

INTEGRANTES

1. Andrea Cárdenas2. Edison Segovia3. Tatiana Toya4. Paúl Villacís

18/12/2014 – Sangolquí

FECHA - CIUDAD

Contenido1. Tema: Sensores de nivel......................................................................................................4

2. Objetivos.............................................................................................................................4

2.1. Objetivo general.........................................................................................................4

2.2. Objetivos specíficos....................................................................................................4

3. Introducción.......................................................................................................................4

4. Definiciones.........................................................................................................................4

4.1. Medición de nivel y sensores de nivel........................................................................4

4.1.1. Medidores de nivel..............................................................................................4

5. Principio físico de funcionamiento....................................................................................5

6. Clasificación........................................................................................................................6

6.1. Medidores de nivel de Líquidos.................................................................................6

6.1.1. Instrumentos de medida directa........................................................................6

6.1.2. Instrumentos basados en la presión hidrostática.............................................8

6.1.3. Instrumentos que utilizan características eléctricas........................................9

6.2. Medidores de nivel de sólidos..................................................................................11

6.2.1. Detectores de nivel de punto fijo......................................................................11

6.2.2. Detectores de nivel Continuos..........................................................................13

7. Medidores de nivel de líquidos........................................................................................16

7.1. Cuadro comparativo de las clases de sensores de nivel..........................................16

7.3. Aplicaciones de medidores de líquidos....................................................................17

8. Medidores de solidos........................................................................................................18

8.1. Aplicaciones de medidores de sólidos......................................................................18

8.2. Ventajas y desventajas.............................................................................................18

9. Criterios de selección y diseño.........................................................................................19

9.1. Criterios de selección................................................................................................19

9.2. Criterios de diseño....................................................................................................19

10. Principales fabricantes y aplicaciones.........................................................................20

11. Conclusiones.................................................................................................................22

12. Recomendaciones..........................................................................................................22

13. Bibliografía...................................................................................................................22

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FigurasIlustración 1 Medidor de sonda: Varilla Varilla con gancho.............................................6Ilustración 2Medidor de sonda:Cinta y plomada.........................................................................7Ilustración 3Cristal normal Cristal con armadura.................................................................7Ilustración 4Flotador: Conexión directa Acoplamiento magnético Acoplamiento hidráulico 8Ilustración 5Medidor manométrico.............................................................................................8Ilustración 6Medidor de membrana..............................................................................................9Ilustración 7Medidor de tipo burbujeo.........................................................................................9Ilustración 8Medidor de nivel conductivo....................................................................................9Ilustración 9Medidor de nivel capacitivo...................................................................................10Ilustración 10Medidor de nivel ultrasónico................................................................................10Ilustración 11Medidor de radar.................................................................................................10Ilustración 12Medidor de radiación............................................................................................11Ilustración 13Medidor Láser.......................................................................................................11Ilustración 14Detector de diafragma..........................................................................................12Ilustración 15Medidor de nivel de cono suspendido..................................................................12Ilustración 16 Medidor de nivel tipo varilla flexible...................................................................12Ilustración 17Medidor de nivel conductivo................................................................................13Ilustración 18Medidor de nivel de paletas rotativas..................................................................13Ilustración 19Medidor de nivel de sondeo electromecánico.....................................................13Ilustración 20 Medidor de nivel de báscula................................................................................14Ilustración 21Medidor de nivel capacitivo.................................................................................14Ilustración 22Medidor de nivel de presión diferencial...............................................................14Ilustración 23Medidor de nivel de ultrasonidos.........................................................................15Ilustración 24Medidor de nivel de radar de microondas...........................................................15Ilustración 25Medidor de nivel de radiación..............................................................................15Ilustración 26ALMACENAMIENTO DE FANGO............................................................................20Ilustración 27ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS A GRANEL...................................................21Ilustración 28ALMACENAMIENTO DE AGUA..............................................................................21Ilustración 29ALMACENAMIENTO DE LODOS.............................................................................22

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1. Tema: Sensores de nivel 2. Objetivos

2.1. Objetivo general Determinar en qué consiste los sensores de nivel

2.2. Objetivos specíficos Conocer los instrumentos de nivel de líquidos, sólidos y las aplicaciones particulares de

las que son objeto. Comparar las distintas características técnicas de estos instrumentos de medición de

nivel. Determinar las ventajas de cada tipo en relación a su campo de aplicación.

3. IntroducciónEn 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.

4. Definiciones 4.1. Medición de nivel y sensores de nivel

Medición de nivelLa medición de nivel puede definirse como la determinación de posición de una interface que existe entre dos medios separados por la gravedad, con respecto a una línea de referencia.

Sensor de nivelUn sensor de nivel, por definición, es aquel instrumento que sirve no solo para detectar sustancia, si no también cuantificar dicha sustancia.

4.1.1. Medidores de nivel4.1.1.1. 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.

4.1.1.2. Medidores de nivel de sólidosEn los procesos continuos, la industria ha ido exigiendo el desarrollo de instrumentos capaces de medir el nivel de sólidos en puntos fijos o de forma continua, en particular en los tanques o silos destinados a contener materias primas o productos finales

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Detectores de nivel de punto fijo: proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos determinados

Detectores de nivel continuos: proporcionan una medida continua del nivel desde el punto más bajo al más alto.

5. Principio físico de funcionamiento

La presión se utiliza a menudo como un método indirecto de medición de los niveles de líquidos. La presión aumenta como incrementa la profundidad en un fluido. La presión está dada por:

Δp=gΔh

∆p = cambio en la presión

g = peso especifico

∆h = profundidad

La flotabilidad es un método indirecto utilizado para medir los niveles de líquidos. El nivel se determina usando la flotabilidad de un objeto parcialmente sumergido en un líquido. La flotabilidad B o fuerza hacia arriba sobre un cuerpo en un líquido pueden calcularse a partir de la ecuación:

B=g∗area∗d

Donde el área corresponde al área de la sección transversal del objeto y d es la profundidad sumergida del objeto.

El nivel del líquido se calcula a partir del peso de un cuerpo en un líquido W L, que es igual a

su peso en el aire (W A−W B), de la cual se obtiene:

d=W A−W B

γ∗area

El peso de un recipiente se puede utilizar para calcular el nivel del material en el recipiente. En la Figura el volumen V del material en el recipiente está dada por:

Ilustración 1Nivel del liquido

Donde r es el radio del contenedor y d es la profundidad del material.

El peso del material W en el contenedor está dado por:

W =gV

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V=area∗depth=p r 2∗d

Sondas capacitivas se pueden utilizar en líquidos y sólidos no conductores de flujo libre para la medición de nivel. Muchos materiales, cuando se coloca entre las placas de un condensador, aumentan la capacitancia por un factor m llamado la constante dieléctrica del material. Por ejemplo, el aire tiene una constante dieléctrica de 1 y el agua 80. La figura muestra dos placas de condensador parcialmente sumergido en un no conductor

Ilustración 2Condensador sumergido

La ecuación del nivel de líquido está dada por:

d=(Cd−Ca )

μCar

6. Clasificación6.1. Medidores de nivel de Líquidos

6.1.1. Instrumentos de medida directa

Estos instrumentos permiten la medida de la altura del fluido o sólido de manera directa desde un punto de referencia.

6.1.1.1. Medidores de SondaConsisten en una regla o varilla de acero graduada o aforada, esta se introduce en el depósito del fluido el cual se debe encontrar a presión atmosférica, y se retira, el nivel será lo que el fluido se halla mojado, cabe resaltar que la parte inferior de la varilla o regla debe llegar a la superficie del depósito. Otro instrumento que pertenece a esta clasificación es una varilla con un gancho.

6.1.1.2. Cinta y plomada

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Ilustración 3 Medidor de sonda: Varilla Varilla con gancho

La capacitancia del líquido viene dada por:

Cd=Caμdr+Ca

Ca = capacitancia sin ningún liquido

μ = constante dieléctrica del líquido que está entre las placas

r = altura de las placas

d = profundidad o nivel del líquido entre las placas

Este tiene un peso denominado plomada que hace que la cinta descienda en el fluido y la medición se realiza en la cinta graduada.

6.1.1.3. Nivel de cristal

El nivel de cristal o columna indicadora consiste en un cilindro de vidrio el cual se encuentra sujetado por barras de metal, este tiene 3 válvulas, 2 de cierre de seguridad en los extremos y una de purga, el funcionamiento se basa en que el líquido a medir dentro de la columna busca la misma elevación que en el depósito, sección rectangular, la medida de nivel se efectúa con un cristal de reflexión (El vidrio que está 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, y la zona superior en contacto con el vapor de color claro) o por transparencia (Permiten medir directamente el nivel por medio de la graduación del nivel, además permiten ver las características visuales del líquido. A esta clasificación corresponden dos tipos de medidores de cristal, el nivel de cristal normal el cual se emplea para presiones de hasta 7 bar. Y para presiones más altas de hasta 3103 kPa (31 bar) se emplea el nivel de cristal con una armadura metálica que lo protege.

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Ilustración 4Medidor de sonda:Cinta y plomada

Ilustración 5Cristal normal Cristal con armadura

6.1.1.4. Instrumentos de flotador

Son usados principalmente en sistemas de líquido – gas, aunque también se puede implementar en interfases líquido – líquido con un peso apropiado del flotador; consisten en un flotador que se encuentra en la parte superior del líquido y conectado al exterior del tanque o deposito indicando directamente el nivel, del método empleado para acoplar el movimiento del flotador con el sistema indicador se clasifican en: conexión directa, si el flotador está unido al indicador por una cadena o cinta flexible que desliza un juego de poleas señalando el nivel en una escala graduada; conexión magnética, el movimiento del flotador es transmitido por medio de un acoplamiento magnético , este tipo de medidor tiene un tubo en el cual hay una pieza magnética suspendida por medio de una cinta, esta sigue al flotador en su movimiento y mediante la cinta o cable y un juego de poleas arrastra el índice del indicador de nivel situado en el exterior del tanque; conexión hidráulica, los cuales funcionan por variaciones de presión de un circuito hidráulico y señala en el indicador el nivel correspondiente.

Ilustración 6Flotador: Conexión directa Acoplamiento magnético Acoplamiento hidráulico

6.1.2. Instrumentos basados en la presión hidrostática

Estos equipos son regidos por el mismo principio de funcionamiento: Presión hidrostática, y

utilizan la siguiente ecuación ℎ¿P+PO

gρ Relación entre en nivel y presión.

P= Presión en la parte inferior del tanque Po = Presión atmosférica ρ=¿Densidad g= aceleración de la gravedad h=¿ Altura o nivel del fluido

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Si el tanque se encuentra cerrado, entonces Po = 0, pues sobre el no actúa la presión atmosférica.

6.1.2.1. ManométricoEste medidor consiste en un manómetro que se encuentra conectado en la parte inferior del tanque donde está contenido el fluido, el nivel se mide por la presión que ejerce el fluido, en la Figura , se puede observar un sistema que mide el nivel de fluido en un contenedor por medio de un medidor manométrico.

6.1.2.2. De MembranaEste tipo de medidor consiste en un diafragma que tiene en su interior aire y en la parte superior una membrana que tiene contacto con el fluido, entonces la presión ejercida por el fluido hace que el aire se comprima.

Ilustración 8Medidor de membrana.

6.1.2.3. Medidor de tipo Burbujeo

Este instrumento mide la presión necesaria para poder formar o sacar burbujas de una tubería que suele ser de 1/2” esta tiene un bisel por donde salen las burbujas, en el interior del tubo hay un gas que generalmente es aire y tiene un rotámetro que regula que el caudal sea el mismo, entonces la presión que ejerce el gas en el líquido para poder hacer salir burbujas se considera como la presión hidrostática de la columna de líquido contenida en el tanque.

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Ilustración 7Medidor manométrico

Ilustración 9Medidor de tipo burbujeo

6.1.3. Instrumentos que utilizan características eléctricas

6.1.3.1. Conductivo

Este tipo de medidor utiliza la conductividad del líquido, consiste en uno o varios electrodos y un relé electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos. El líquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar y de este modo el aparato puede discriminar la separación entre el líquido y el vapor.

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Ilustración 10Medidor de nivel conductivo

6.1.3.2. Capacitivo

Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque, la capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido; en los fluidos conductores se emplea un electrodo normal, en fluidos conductores con conductividad mínima de 100 microhmios/c.c. el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y el gas.

6.1.3.3. Ultrasónico

Este medidor 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 20 kHz.

6.1.3.4. Medidor De radar

Este sistema emplea la propagación de una onda de microondas, y un oscilador que genera una frecuencia de barrido de 10 a 11 GHz y enfoca la señal sobre el líquido mediante una antena; la diferencia de frecuencias entre las señales de transmisión y de retorno es proporcional al tiempo empleado por las mismas.

6.1.3.5. Medidor De radiación

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Ilustración 11Medidor de nivel capacitivo

Ilustración 12Medidor de nivel ultrasónico

Ilustración 13Medidor de radar

Consiste en un emisor de rayos gamma dispuesto 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.

Ilustración 14Medidor de radiación

6.1.3.6. Láser

Consiste en un rayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexión en un espejo sobre la superficie del fluido, la medida realizada es el tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retorno, un microprocesador convierte el tiempo al valor de la distancia, es decir, la lectura de nivel.

6.2. Medidores de nivel de sólidos6.2.1. Detectores 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, el medidor conductivo, las paletas rotativas y los ultrasonidos.

6.2.1.1. Detector de diafragma.

Consiste en una membrana flexible que puede entrar en contacto con el producto dentro del tanque y que contiene en su interior un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un microrruptor. Cuando el nivel del sólido alcanza el diafragma lo fuerza venciendo el contrapeso y actuando sobre el microrruptor, este puede ser mecánico o de mercurio, puede accionar una alarma o actuar automáticamente sobre un transportador o maquinaria asociadas al depósito.

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Ilustración 15Medidor Láser

6.2.1.2. Cono Suspendido

Consiste en un microrruptor montado dentro de una caja estanca al polvo, con una cazoleta 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 exitado.

6.2.1.3. Varilla flexible

Consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan ligeramente la carilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma. Este instrumento se ubica en la parte superior del tanque y para impedir que la caída del producto cause una alarma infundada se incorpora un relé de retardo.

6.2.1.4. Medidor Conductivo

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Ilustración 16Detector de diafragma

Ilustración 17Medidor de nivel de cono suspendido.

Ilustración 18 Medidor de nivel tipo varilla flexible

Consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas a masa 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

6.2.1.5. Paletas Rotativas

Consiste en un eje vertical, dotado de paletas, que gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor síncrono. Cuando el producto sólido llega a las paletas, las inmoviliza con lo que el soporte del motor y la caja de engranajes empiezan a girar en sentido contrario, el soporte del motor actúa consecutivamente sobre dos interruptores, el primero excita al equipo de protección y el segundo desconecta la alimentación eléctrica del motor con lo cual éste queda bloqueado. Cuando el producto baja al nivel y deja las palas al descubierto, un resorte vuelve al motor a su posición inicial liberando los microrruptores, de este modo el motor se excita con lo que las palas vuelven a girar, y la alarma queda desconectada.

6.2.2. Detectores de nivel Continuos6.2.2.1. Nivel de Sondeo electromecánico.

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 de peso.. Este baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el lecho de sólidos. En este instante, el cable se afloja y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo que este asciende hasta la parte superior de la tolva, donde se para y se reinicia el ciclo. Un indicador exterior señala el punto donde el peso ha invertido su movimiento indicando así el nivel en aquel momento.

6.2.2.2. De báscula

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Ilustración 19Medidor de nivel conductivo.

Ilustración 21Medidor de nivel de sondeo electromecánico

Ilustración 20Medidor de nivel de paletas rotativas

Mide el nivel de sólidos indirectamente 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.

6.2.2.3. Capacitivo

Su funcionamiento es similar a la medición de nivel de los líquidos

6.2.2.4. De presión diferencial.

Consiste en dos orificios de purga de aire situados en el depósito por debajo y por encima del lecho, un instrumento transmisor neumático o electrónico mide la presión diferencial posterior de los dos orificios que depende del nivel del lecho fluidizado.

6.2.2.5. 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 se desexcita actuando sobre una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depósito.

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Ilustración 22 Medidor de nivel de báscula.

Ilustración 23Medidor de nivel capacitivo

Ilustración 24Medidor de nivel de presión diferencial

6.2.2.6. Medidor de radar de microondas

Consta de una fuente de microondas, situada a un lado del recipiente, y un detector en el lado opuesto, en la misma horizontal. Cuando el producto alcanza dicha horizontal, la señal deja de recibirse y se excita una alarma.

6.2.2.7. Medidor de nivel de radiación

Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma dispuesta al exterior del tanque 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.

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Ilustración 25Medidor de nivel de ultrasonidos

Ilustración 26Medidor de nivel de radar de microondas.

Ilustración 27Medidor de nivel de radiación.

7. Medidores de nivel de líquidos

7.1. Cuadro comparativo de las clases de sensores de nivel

MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDOS

EQUIPO

PRINCIPIO DEL FUNCIONAMIENTO

CAMPO DE MEDIDA

PRESICIÓN1 PRESIÓN MÁX. DEL FLUIDO (bar)

TEMPERATURA MÁX. DEL FLUIDO (°C)

Sonda Aforación Limitado, depende de el aforo del equipo.

0,5 mm Atmosférica

60

Cristal Reflexión 150 200Flotador Fuerzas de flotación 0-10 m ± 1 – 2 % 400 250Manométrico Presión hidrostática Altura de tanque ± 1% Atmosféric

a60

Membrana Presión hidrostática 0 – 25 m ±1% 60Burbujeo Presión hidrostática Altura de tanque ± 1% 400 200Presión diferencial

Presión hidrostática 0,3 m ± 0,15% a ± 0,5%

150 200

Desplazamiento

Principio de Arquímedes

0 – 25 m ± 0,5 % 100 170

Conductivo Conductividad del fluido

Ilimitado 80 200

Capacitivo Constante dieléctrica del fluido.

0,6 m ± 1% 80 – 250 200 – 400

Ultrasónico Emisión de ondas ultrasónicas.

0,3 m ± 1 – 3 % 400 200

Radar Propagación de onda electromagnética (microondas)

0 -30 m ± 2,5 mm

Radiación Emisión de rayos gamma

0 – 2,5 m ± 0,5 – 2 % 150

Láser Emisión de rayo laser 0 – 2 m ± 0,5 – 2% 1500

7.2. Ventajas y desventajas MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDOS

MÉTODO VENTAJAS DESVENTAJASSonda Económico, preciso Manual, en líquidos sin olas, solo

tanques abiertosCristal Seguro, preciso, permite apreciar

el color, características o interfase del líquido.

Susceptibles a ensuciarse cuando son líquidos como el caramelo y pegajosos, lectura a distancias limitadas, sólo es una indicación local.

Flotador Simple, independiente de la naturaleza líquida, puede emplearse en tanques cerrados, abiertos, a presión o al vacío.

Posible agarrotamiento, las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, el tanque no puede estar sometido a presión, el flotador debe mantenerse limpio.

Manométrico Económico Tanques abiertos, fluidos limpios, el campo de medida es limitado, no

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líquidos que coagulen, corrosivos o con sólidos en suspensión, el nivel viene influido por las variaciones de densidad de líquido.

Membrana Económico, versátil Tanques abiertos, está limitado a distancias no mayores de unos 15.

Burbujeo Interfase líquido, uso en tanques cerrados y abiertos

Mantenimiento, contaminación con líquido.

Presión Diferencial

Fácil limpieza, robusto, permite medir interfases

Posible agarrotamiento, en tanques cerrados hay posible condensación de los vapores en el tubo de conexión al instrumento.

Desplazamiento

Versátil, puede usarse en la medida de interfase de 2 líquidos inmiscibles.

Expuesto a corrosión, presenta el riesgo de depósito de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador.

Conductivo Resistencia a la corrosión, dispone de un temporizador de retardo que impide el enclavamiento ante una ola de nivelo perturbación momentánea, es versátil, sin partes móviles, campo de medida grande.

Líquido conductor

Capacitivo Todo tipo de tanques y líquidos, sistema sencillo, ligeros, buena resistencia a la corrosión, de fácil limpieza.

Recubrimiento del electrodo, no apto para líquidos que tienen sólidos en suspensión, vapores o burbujas pues afectan la constante dieléctrica.

Ultrasónico Adecuados para todo tipo de tanques y líquidos o fangos, es posible construirlo a prueba de explosión.

Sensible a densidad, dan mediciones erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida (hay espuma, etc), se puede producir eco.

Radar Todo tipo de tanques y líquido con espuma, la medida no es influida por las variaciones de densidad ni por la temperatura.

Sensible a la constante dieléctrica

Radiación Todo tipo de tanques y sin contacto con el líquido, cuando hay presiones muy elevadas al interior del tanque.

Fuente radiactiva, la fuente tiene que ser blindada.

Láser Todo tipo de tanques y sin contacto de líquido.

Láser

7.3. Aplicaciones de medidores de líquidos El medidor de sonda se utiliza generalmente en tanques de fuel oil o gasolina. El uso de Cinta y plomada es usado para el aforamiento de productos en tanques de

almacenamiento de petróleo crudo y sus derivados. Medir la cantidad de aceite de un automóvil, mediante una varilla graduada. Medición de nivel y volumen de líquidos en tanques y cisternas. Una de las aplicaciones del nivel de cristal es el control del nivel de una caldera de

pequeña producción de vapor. Para mediciones de líquidos con sólidos en suspensión, emulsiones y líquidos muy

corrosivos es utilizado el medidor de burbujeo.

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Los medidores de nivel ultrasónicos tienen aplicación especial cuando no puede establecerse contacto físico entre el instrumento de medida y el fluido, por ejemplo cuando este es muy corrosivo, cuando hay posible contaminación o adherencia de partículas del medio al dispositivo.

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 la medición de nivel de metales fundidos se hace necesario el uso de medidores de nivel láser, pues la medida debe realizarse sin que haya contacto con el líquido.

8. Medidores de solidos 8.1. Aplicaciones de medidores de sólidos

Las aplicaciones típicas del cono suspendido son la alarma y el control de nivel en carbón, granos y caliza.

El medidor de radar de microondas se aplica en la detección de bajo nivel de sólidos abrasivos.

El medidor de nivel ultrasonido es adecuado para la mayor parte de los sólidos con mucho polvo, alta humedad, humos o vibraciones, puede emplearse en materiales opacos y transparentes.

Medidor de radar de microondas: Es altamente usado para determinar el nivel en productos o materias primas muy viscosas como el asfalto, también en la medición de sólidos abrasivos y agresivos, para polvo plástico, granulado, sales, fertilizantes, en la industria de los alimentos, para determinar niveles de harina, leche en polvo, azúcar, cereales, arroz; entre otros.

El medidor de paletas rotativas es usado en los sólidos granulados; generalmente utilizado en inyectoras y extrusoras de plástico.

Para sólidos cuya granulometría sea mediana a pequeña se utiliza el medidor de membrana.

Para tolvas y silos por lo general el medidor de nivel de báscula es ampliamente usado.

8.2. Ventajas y desventajas

MEDIDORES DE NIVEL DE SÓLIDOSMETODO VENTAJAS DESVENTAJASDiafragma Bajo costo, sensible a materiales de

variada densidadNo admite materiales granulares con Dp > 80 mm. Tanques a Baja presión.

Cono suspendido

Bajo coste Debe estar protegido

Varilla Flexible Muy sensible Relé retardo, sólo nivel altoConductivo Tanques a presión Limitado a materiales que tengan una

conductividad de 1 a 1,4 * 10 ^-7 mho.Solo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles intermedios.

Paletas rotativas Materiales diversos a prueba de explosión

Tanques abiertos o a baja presión (máximo 10 kg/cm2)

Sondeo electromecánico

Sencillo Resistencia mecánica mediaCoste elevado

Báscula Preciso y seguro, altas presión y temperatura

Materiales aislantes, calibración individual, adherencias de producto, costoso.

Capacitivo Bajo Coste Coste medio, posible obturación del orificio de purga, limitado a materiales

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en forma granular o en polvo que sean buenos aislantes.

Presión diferencial

Respuesta rápida Costo medio

Ultrasonidos Materiales opacos y transparentes, a prueba de explosión

Costo medio, si la superficie del material no es nítida es susceptible a dar señales erróneas.

Radar Productos muy viscosos Costo elevado, necesita supervisacion de seguridad,

Radiación Tanque sin aberturas, productos corrosivos y peligrosos, altas presiones y temperaturas, admite control neumático electrónico.

Costo elevado, necesita supervisión periódica, debe calibrarse para cada tanque, no puede aplicarse a materiales que les afecte la radiactividad.

9. Criterios de selección y diseño 9.1. Criterios de selección

Naturaleza de sólidos o fluidos. Agresividad química y física. En los fluidos, existencia de espuma. En los sólidos ángulos de talud. Campo de medida deseado y condiciones de proceso, olas o remolinos. Tipo de tanque o contenedor, y disposición del instrumento de medida. Precisión requerida. Inversión económica, costos. En el caso de los medidores de láser o radiación, que la medida de nivel no afecte la

calidad de materias primas o productos. Condiciones de instalación. Tecnología disponible. Facilidad de mantenimiento y calibración. Para los sólidos, tamaño de partícula, si forman o no polvo, o humos. Si es necesario observar la interfase entre fluidos.

9.2. Criterios de diseño Forma del recipiente en el cual se debe medir el nivel del líquido, el grado de

exactitud depende de la forma del recipiente, ya que en un recipiente alto y de pequeño diámetro puede medirse más exactamente que otro aplanado y de diámetro grande.

Altura del contenedor. Dureza del sólido. Determinar el punto máximo y mínimo del nivel, así como el punto de referencia. Presiones y temperaturas de operación. Operación unitaria a determinar el nivel, así como los equipos que están

involucrados. Viscosidad del líquido a medir. Precisión del instrumento. Corrosión que el fluido puede generar en el equipo. Costos de materiales.

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Necesidad de controlar posibles errores en la medida, como ecos (instrumentos que se fundamentan en emisiones de ondas), olas, formación de espuma y burbujas.

Leyes o normas vigentes acerca de dimensiones y demás características del medidor.

10. Principales fabricantes y aplicacionesExisten numerosos fabricantes y aplicaciones para los sensores de nivel se citan los más importantes a continuación.

KRONE SIEMENS GENERAL ELECTRIC ENDRESS + HAUSER (HS) THERMO SCIENTIFIC WIKA IFM GEMS BURKERT ABB DELPHI VEGA AZVA BAUMER JUMBO

Las aplicaciones son numerosas y cada fabricante tiene una solución para esta necesidad por ejemplo:

Para tanques de almacenamiento de agua, residuos, crudo, aceite, solidos, calizas, tanques de centrifuga separadores de sedimentos etc.

ALMACENAMIENTO DE FANGO:FABRICANTE: KROHNESENSOR: OPTISYS SLM 2100, OPTICO

Ilustración 28ALMACENAMIENTO DE FANGO

ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS A GRANEL (granos en general maíz trigo arroz)FABRICANTE: SIEMENSSENSOR: The Probe, ultrasónico

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Ilustración 29ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS A GRANEL

ALMACENAMIENTO DE AGUAFABRICANTE: GENERAL ELECTRICSENSOR: PTX/PDCR 1730, HIDROSTATICO

Ilustración 30ALMACENAMIENTO DE AGUA

ALMACENAMIENTO DE LODOSFABRICANTE: ENDRES + HAUSERSENSOR: TURBIMAX CUS71D, ULTRASONICO

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Ilustración 31ALMACENAMIENTO DE LODOS

Estos y muchos más son ejemplos de aplicaciones y las soluciones que han dado diferentes fabricantes usando diferentes métodos.

11. Conclusiones El campo de medida es prácticamente ilimitado y pueden emplearse en la medida de

nivel de interfaces. El principal factor para la elección de un sensor es la colocación y protección de los

componentes contra los efectos de la intemperie, los daños o manipulaciones indebidas. Se obtuvo varios problemas y en las aplicaciones industriales, pero se determinó que

existen muchos fabricantes que provén soluciones muy óptimas para cada uno de las aplicaciones.

Los sensores de nivel es de suma importancia en la industria, puesto que forman parte de la gran mayoría de circuitos de control hidráulico, neumáticos, etc.

12. Recomendaciones Por la presente investigación se recomienda usar dispositivos de marca Siemens,

Wika o General Antes de la elección y compra de un sensor de nivel, se tiene que tomar en cuenta el

dimensionamiento de tanto del caudal y presión en el caso de ser líquidos.

13. Bibliografía

Dunn W. Fundamentals of Industrial Instrumentation and Process Control. McGraw-Hill Companies United States of America. 2005. 85-87 pp.

Creus A. Instrumentación industrial. Alfaomega Grupo Editor .Octava Edición. México. Septiembre 2010. 195 -196pp.

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