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excelente material de sensores
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Departamento de Diseño Mecánico Instrumentacion Industrial
SENSORES DE NIVEL
✔ Indicadores locales
✔ Transmisores de nivel en líquidos• Desplazamiento (flotador)• Presión diferencial• Burbujeo• Radioactivo• Capacitivo• Ultrasonidos• Conductivímetro• Radar• Servoposicionador
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Nivel tubular
➢ Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectador a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al depósito 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 líquido sube por el tubo hasta igualar al nivel del depósito
➢ Limitaciones:• No soportan mucha presión (máx. 7 bar)• No soportan mucha temperatura• No son resistentes a los impactos• No se pueden usar líquidos que manchen
el interior del tubo
➢ Para presiones elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protejido por una armadura metálica.
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Medidor de nivel de flotador
➢ Consiste en un flotador ubicado en contacto con el fluido y conectado al exterior del depósito indicando directamente el nivel sobre un escala graduada.
➢ Distintos modelos:• de regleta: el contrapeso se mueve en
sentido contrario al flotador por una regleta calibrada,
• de unión magnética: el flotador hueco, que lleva en su interior un imán, se desplaza a lo largo de un tubo guía vertical no magnético.
➢ Es fácil instalar contactos a lo largo de la regleta para fijar alarmas de nivel.
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Interruptor de nivel tipo flotador
➢ Consta de un flotador pendiente del techo del depósito por una barra a través de la cual transmite su movimiento a un ampolla de mercurio (la hace bascular) con un interruptor.
➢ Si el nivel alcanza al flotador lo empuja en sentido ascendente, ascendiendo si la fuerza supera al peso del flotador.
➢ Este movimiento es transmitido por la barra y el interruptor cambia de posición.
➢ La ampolla es de acero inoxidable no magnético.
➢ Señal del tipo todo-nada.
Ventajas:
• Estos instrumentos tienen una precisión de 0.5%.• Son adecuados en la medida de niveles en depósitos abiertos y
cerrados.• Son independiente del peso específico del fluido.
Inconvenientes:
• El flotador es suceptible de engarrotamientos por eventuales depósitos de solidos que el líquido pueda contener.
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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 tansmisor neumático, o electrónico de presion diferencial.
➢ Precisión ± 0.5% en los neumáticos, ± 0.2% - ± 0.3% en los electrónicos y de ± 0.15% en los "smart sensors".
➢ Material del diafragma debe ser adecuado como para resitir la corrosión del fluido, p.e.: acero inoxidable 316, monel, tantalio, hastelloy B, etc.
➢ Detección continua.
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Medidor de nivel por burbujeo
➢ Se emplea un tubo sumergido en el líquido a cuyo través se hace burbujear aire o gas mediante un rotámetro con un regulador de caudal incorporado hasta producir una corriente continua de burbujas.
➢ La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es una medida de la columna de líquido (i.e. La presion del gas en la tubería equivale a la presion hidrostatica ejercida por la columna de líquido equivale al nivel del deposito.
➢ Sistema muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos o con materiales en suspensión (el fluido no penetra en el medidor, ni en la tubería de conexión).
➢ No se recomienda su empleo cuando el fluido de purga pejudica al líquido y para fluidos altamente viscosos donde las burbujas formadas del gas de purga presentan el riesgo de no separarse rápidamente del tubo.
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Medidor radioactivo
➢ Consiste en un emisor de rayos X, montado a un costado del depósito y con un detector (el cual incluye un contador) que transforma la radiación recibida en una señal eléctrica CC.
➢ Como la transmisión de los rayos es inversamente proporcional a la masa del fluido en el depósito, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del fluido ya que el material absobe parte de a energía emitida.
➢ La potencia emisora de la fuente decrece con el tiempo, por lo que hay que recalibrar estos instrumentos.
➢ Su aplicación se ve limitada por las dificultades técnicas y administrativas que conlleva el manejo de fuentes radioactivas (recurrir a la normativa local sobre protecciones en cuanto a elementos radioactivos).
➢ La precisión en la medida es de ± 0.5 a ± 2%, y el instrumento puede emplearse para todo tipo de líquidos ya que no está en contacto con el proceso.
➢ La lectura viene influida por el aire o los gases disueltos en el líquido.
➢ El sistema se emplea en caso de medida de nivel en depósitos de acceso difícil o peligrosos. Son óptimos para medir fluidos con alta Temperatura, líquidos muy corrosivos, reactores de polímeros, ..., porque no existe contacto
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Medidor capacitivo
➢ Se basa en medir la variación de capacitancia de un condensador cuando va variando el medio dieléctrico entre sus placas.
➢ Con el depósito metálico e introduciendo una sonda metálica sin contacto entre ambos, se forma un condensador.
➢ Al variar el nivel de líquido varía proporcionalmente la capacidad.
➢ Si el depósito no es metálico se introducen dos sondas.
➢ En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores.
➢ En fluidos conductores el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
➢ La precisión de los transductores de capacidad es de ±1 %.
➢ Se caracterizan por no tener partes móviles, son ligeros, presentan una buena resistencia a la corrosión y son de fácil limpieza.
➢ Tiene el inconveniente de que la temperatura puede afectar las constantes dieléctricas (0,1 % de aumento de la constante dieléctrica/°C) y de que los posibles contaminantes contenidos en el líquido puedan adherirse al electrodo variando su capacidad y falseando la lectura, en particular en el caso de líquidos conductores.
➢ También se usan como interruptores de nivel.
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Medidor por ultrasonidos
➢ Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor.
➢ El retado en la captación del eco depende del nivel del depósito.
➢ 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.
➢ La precisión de estos instrumentos está en el intervalo de ± 1 a 3 %.
➢ El tiempo depende de la temperatura, por lo que hay que compensar las medidas.
➢ Hay que evitar que existan obstáculos (por ej. espumas) en el recorrido de las ondas, aunque algunos medidores compensan los ecos fijos debidos al perfil del depósito (mediante software).
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Medidor de tipo conductivímetro
➢ Consta de una sonda con uno, dos o más electrodos. Cuando estos entran en contacto con el líquido conductor se cierra un circuito eléctrico, que a través de la unidad amplificadora conmuta un contacto.
➢ Se usa como interruptores de nivel en recipientes de líquidos conductores que no sean ni muy viscoso ni corrosivos, aunque también se usa para medidas continuas.
➢ El líquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrónico. La impedancia mínima es del orden de los 20 MΩ/cm, y la tensión de alimentación es alterna para evitar fenómenos de oxidación en las sondas por causa del fenómeno de la electrólisis.
➢ Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico y circula una corriente segura del orden de los 2 mA; 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, utiliza relés eléctricos para líquidos con buena conductividad y relés electrónicos para líquidos con baja conductividad.
➢ Conviene que la sensibilidad del aparato sea ajustable para detectar la presencia de espuma en caso necesario.
De fabricante:
Estos interruptores de límite se utilizanpara monitoreo de nivel y control de bombas de líquidosconductivos. Los instrumentos operan bajo el principio conductivo. Se aplica un bajo voltaje a.c. entre la pared conductiva del tanque o el electrodo a tierra (electrodo más largo) y un electrodo de punto de interrupción. Si el medio conductivo toca los electrodos, una corriente alterna insignificante fluye a través de los electrodos y el medio conductivo al relé del electrodo.Los electrodos suspendidos se adecúan idealmente para lainstalación cuando el espacio es escaso. Para control min./máx dos electrodos de punto deinterrupción se deben conectar al relé.
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Sistemas de radar
➢ No necesitan ningún contacto con el líquido, ni incorporan ningún elemento que se mueva, por lo que su aplicación es ideal en productos muy viscosos (incluso asfaltos), o en sistemas en movimiento (como barcos).
➢ Rango de medida: hasta 40m.
➢ Precisión: 2mm.
Servoposicionador
➢ Gran precisión: 1mm con alta repetibilidad y sensibilidad.
➢ Mide de forma continua la tensión de un hilo del que pende un contrapeso (en forma de disco).
➢ El sistema está en equilibrio cuando el contrapeso tiene un ligero contacto con el líquido. Al cambiar el nivel del líquido, varia la tensión del hilo lo que es detectado por un servoposicionador. Éste tiende a restituir el equilibrio de tensiones subiendo o bajando el contrapeso.
➢ Hay versiones de estos equipos para tanques atmosféricos, esferas de GLP a presión, y de acero inoxidable para la industria alimenticia.
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Medidores de nivel en sólidos
➢ Problema de definir el nivel. No tiene por qué existir una superficie horizontal➢ Distinto carga que descarga➢ Se pueden usar algunos de los de líquidos y otros específicos.➢ Tipos:
• Palpador• Paletas rotativas• Vibratorio• Membrana sensitiva• Varilla flexible• Peso• Ultrasonidos• Radar
Medidor por palpador
➢ Análogo al “sondeo”➢ Miden bajo demanda del operador o de un temporizador.➢ Constan de un cable de medición o cinta de acero con un peso en su extremo, movido por un
motor.➢ Al chocar el peso con la superficie del material se anula la rigidez del cable, lo que conmuta la
dirección de giro del motor ascendiendo el peso.➢ Durante el descenso se mide el cable desenrollado, lo que nos indica el nivel.➢ El peso debe tener una sección suficiente para que no se hunda en el material.➢ Se usa para materiales sólido con granulometría hasta 3mm.
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Paletas rotativas
➢ Un motor hace girar unas paletas (a bajas rpm) a través de un resorte.➢ Al entrar en contacto el material con las paletas, éstas se paran, pero el
motor continua girando hasta que el muelle asociado al motor se expande al máximo y toca un final de carrera que da un contacto eléctrico.
➢ Cuando el nivel disminuye, el resorte recupera su posición , el motor arranca y el contacto cambia de posición.
➢ Intensidad del motor proporcional a la longitud de paleta en contacto con el sólido.
➢ Estos instrumentos tienen una precisión de unos 25 mm y se emplean preferentemente como detectores de nivel de materiales granulares y carbón.
➢ Pueden trabajar con materiales de muy diversa densidad y existen modelos a prueba de explosión.
Vibratorio
➢ Se compone de una sonda en forma de diapasón que vibra a unos 80Hz impulsado piezoeléctricamente.
➢ Cuando el material cubre el diapasón las vibraciones se amortiguan, lo que produce una señal que activa un relé.
➢ La instalación suele ser lateral y roscada a la altura del nivel, pero también podemos encontrar sondas verticales.
➢ El interruptor de vibración se puede utilizar en mediospolvorientos y materiales granulares. El medio a ser medidodebe tener una densidad de por lo menos 0,05 kg/dm3.
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Membrana sensitiva
➢ Consta de una membrana acoplada a la pared del recipiente en el punto en el que se quiere detectar el nivel.
➢ Cuando el material llega a la altura del interruptor, presiona la membrana y actúa sobre el interruptor.
➢ Se usa con sólidos de granulometría media y pequeña.
➢ El material del diafragma puede ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio.
➢ Este sensor tiene la ventaja de ser de bajo costo, con una precisión de ± 50 mm.
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Varilla flexible
➢ Consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan la varilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma.
➢ El conjunto de la unidad está sellado herméticamente pudiendo construirse a prueba de explosión.
➢ El aparato se emplea como alarma de alto nivel estando dispuesto en la parte superior del estanque. .
➢ El instrumento se emplea en estanques abiertos como alarmas de nivel alto, tiene una precisión de ± 25 mm, se utiliza para materiales tales como carbón y puede trabajar hasta temperaturas máximas de 300 ºC.
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Medidor de nivel de sondeo electromecánico (de peso)
➢ Consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas.
➢ Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso
➢ Éste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el lecho de sólidos.
➢ En este instante, el cable se afloja, y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo que éste asciende hasta la parte superior de la tolva, donde se para, repitiéndose el ciclo nuevamente.
➢ Un indicador exterior señala el punto donde el peso ha invertido su movimiento indicando así el nivel en aquel momento.
➢ El instrumento se caracteriza por su sencillez, puede emplearse en el control de nivel, pero debe ser muy robusto mecánicamente para evitar una posible rotura del conjunto dentro de la tolva lo que podría dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.
