Primer cuestionario previo (Medición de nivel) LEM I Celestino Silva

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO[pic 1][pic 2]

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES        CUAUTITLÁN

CAMPO 1

LEM I

Actividades previas

“Medición de nivel”

Alumna:

Profesor: Celestino Escalona Silva

1. ¿Qué entiende por medición de nivel?

Es la determinación de la ubicación de la interface entre dos medios separables con respecto a un plano de referencia fijo. Para así poder saber con exactitud las cantidades con las que se está trabajando y poder realizar un buen balance de materia y energía Usualmente son fluidos, pero pueden existir sólidos o combinación de ellos. Constituye una herramienta muy importante en la rama de la instrumentación y el control, ya que la importancia de ciertos factores como la seguridad de las instalaciones, control de calidad, optimización de procesos, entre otras, dependen de la calidad de la medición que se esté haciendo.[pic 3]

[pic 4][pic 5][pic 6]

[pic 7][pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

1. Haga una clasificación de los indicadores de nivel de mayor importancia y una breve descripción de los mismos.

[pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27][pic 28][pic 29][pic 30]

[pic 31]

MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDOS

MEDIDA DIRECTA

Los métodos de medición directa utilizan para la medición de nivel, la altura del líquido sobre una línea de referencia:

• Varilla o sonda: Consiste en una varilla o regla graduada, de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación se efectúa por la lectura directa de la longitud mojada por el líquido, realizando dicha lectura en un tanque abierto a presión atmosférica.
• Indicador de cristal: Se basa en el principio de los vasos comunicantes: con igual presión, el líquido del tanque sube en el tubo de vidrio hasta que ambos niveles son iguales. Se clasifican para procesos de baja y alta presión Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al tanque generalmente mediante 3 válvulas, 2 de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en caso de rotura y una de purga. A presiones más elevadas, el cristal es plano, grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica,
• Flotador: Consiste en un flotador ubicado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque, indicando directamente el nivel sobre una escala graduada.  El flotador se debe construir de tal manera que flote dentro del material. Esto significa que la densidad del flotador debe ser inferior al del material que lo sostiene.
  La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica.
• Cinta y plomada: Consta de una cinta graduada y  un plomo en la punta. Se emplea cuando el acceso de la varilla al fondo del tanque es complicado. Se mide la distancia desde la superficie del líquido hasta la parte superior del tanque obteniendo el nivel por diferencia.

MEDIDA INDIRECTA
Se tienen los que aprovechan el empuje producido por el propio líquido, la presión hidrostática y los que aprovechan las características del líquido.

• Medidor de desplazamiento: Está basado en el principio de Arquímedes, la fuerza que actúa sobre el área (presión) del cuerpo sumergido crea la fuerza llamada flotabilidad, la cual permite a un cuerpo cuya densidad media sea inferior a la de un líquido, un cuerpo al flotar pierde un peso equivalente al peso del volumen de líquido desplazado. Para relacionar dicha pérdida se utilizan dos mecanismos:
  Mecanismo de resorte: consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado a un resorte, a medida que el flotador pierde peso, la fuerza ejercida sobre el resorte disminuye haciendo que éste se mueva, dicho movimiento se utiliza para producir una señal proporcional al nivel.
  Mecanismo con barra de torsión: Consiste de un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante una palanca a un tubo de torsión unido rígidamente. Dentro del tubo y unido a su extremo libre, se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un indicador o un transmisor.
• Medidor manométrico: Consiste en un sensor de presión suspendido de la parte superior del tanque e inmerso en el líquido, transmitiendo la señal, a través de un cable que acompaña al de suspensión. El sensor mide la presión debida a la altura de líquido que existe entre el nivel del tanque y el eje del instrumento.
• Medidor de caja de diafragma: Utiliza el principio de presión hidrostática. El sistema utiliza una membrana conectada con un tubo al instrumento receptor. El sistema se llena de aire a presión atmosférica antes de ser instalado. El aire atrapado dentro del sistema cerrado se comprime cuando el nivel sube debido a que la presión hidrostática aumenta en el fondo del recipiente, trayendo como consecuencia un empuje sobre el diafragma. Este aumento es detectado por el indicador que muestra el nivel del recipiente.
• Medidor tipo burbujeo: Consiste en introducir un tubo dentro del tanque y luego aire a presión la cual se regula a un valor ligeramente superior a la presión hidrostática ejercida por la columna de líquido en el tanque a nivel máximo. Esto se consigue regulando la presión de aire hasta que se observan burbujas saliendo el extremo de la tubería colocada dentro del recipiente.
• Instrumentos de presión diferencial: Se puede conectar un tubo entre la toma de presión baja (L) y la parte superior del tanque, para medir así la diferencia de presión ΔP en función de la altura del nivel en estudio. Los transmisores de presión diferencial de diafragmas se utilizan en la medición de nivel en tanques cerrados bajo presión, aunque también se pueden usar para medir nivel en tanques abiertos dejando la toma de presión baja (L) igual a la presión atmosférica.
• Medidor de ultrasonido: Es utilizado en mediciones donde no se permite el contacto del instrumento de medición con el líquido. Cuando las ondas sonoras viajan en un medio que absorbe el sonido y golpean a otro medio tal como una pared, una partícula en el líquido, o la superficie del líquido, solamente una pequeña porción de la energía de la onda sonora penetra la barrera y el resto se refleja. La onda sonora reflejada es un eco y éste medidor utiliza el principio del eco para su funcionamiento.
• Medidor de nivel de radiación: Consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del tanque y con un contador Geiger que transforma dicha radiación en una señal eléctrica de corriente continua. Como la transmisión de rayos es inversamente proporcional a la masa del líquido en el tanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional a la masa del líquido en el tanque, es decir, inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida.
• Medidor de nivel láser: El sistema consiste en un rayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexión en un espejo sobre la superficie del líquido, cuando alcanza el receptor, el circuito electrónico calcula la distancia midiendo el desfase entre la onda emitida y la recibida, la frecuencia y la longitud de onda.

Medidores que aprovechan las características del líquido para la medición de nivel:

• Medidor de capacidad: 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.
• Medidor de nivel conductivo o resistivo: Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido toca dichos electrodos.
• Medidores por nivel de capacitancia de radio de frecuencia: Utilizan técnicas de modulación de pulsos de radiofrecuencia con lo que el transmisor convierte la señal del electrodo vertical inmerso en el tanque, en una señal de salida en forma de pulso digital de período variable.

MEDIDORES DE NIVEL DE SÓLIDOS

MEDIDORES DE NIVEL DE PUNTO FIJO

• Detector de diafragma: Se utiliza para medir el nivel de materiales almacenados. Consiste en un diafragma con una membrana flexible que se dispone al costado de la pared del tanque y contiene en su interior un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un pequeño interruptor. Cuando el nivel del sólido alcanza el diafragma, el material lo fuerza venciendo el contrapeso y cerrando el interruptor.
• Cono suspendido: Consiste en un pequeño interruptor montado dentro de una ceja impenetrable al polvo con una cazoleta o pieza pequeña 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 excitado. La cazoleta de goma permite la flexibilidad en la posición del cono gracias a la cual el aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel.
• Varilla flexible: Consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan, aunque sólo sea ligeramente en la varilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma.
• Medidor conductivo: El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas en conjunto 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.
• Paletas rotativas: Consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor síncrono. Cuando el producto sólido llega hasta las paletas, las inmoviliza, con lo que el soporte del motor y la caja de engranajes empiezan a girar en sentido contrario actuando consecutivamente sobre dos interruptores.

MEDIDORES DE NIVEL CONTINUOS
Proporcionan una medida continua del nivel de los sólidos desde el punto más bajo al más alto.

• Medidor capacitivo: Es un detector de proximidad, dotado de un circuito oscilante RC, que está ajustado en un punto crítico, y que entra en oscilación cuando se encuentra próximo al lecho del sólido.
• 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.
• Medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil: Consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas. Un motor y un programador situados al exterior establecen un ciclo de trabajo. Éste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el acopio de sólidos. El cable se afloja y un detector invierte el sentido del movimiento del peso con lo que éste asciende al superior de la tolva, para y se repite el ciclo. El indicador señala el punto donde el peso invierte su movimiento y así marca el nivel.
• Medidor de nivel de báscula: 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 tanto, el nivel.
• Medidor de presión diferencial: Se emplea en la medida y control continuo de nivel de lechos fluidizados. Consiste en dos orificios de purga de aire situados en el depósito por debajo y encima del lecho. Un transmisor neumático o electrónico mide la presión diferencial posterior de los dos orificios mencionados que depende del nivel del lecho.
• 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 por debajo del haz, el sistema entra en oscilación enclavando un relé.
• Medidor 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.
  

1. Mencione el principio por medio del cual se rigen éstos.

• Principio de vasos comunicantes: Cuando se ponen en comunicación dos depósitos que contienen un mismo líquido que inicialmente están a distinta altura, el nivel de uno de los depósitos baja, sube el del otro hasta que ambos se igualan. Los conductores se comportan de modo análogo: cuando dos conductores que están a distinto potencial se conectan entre sí, la carga pasa de uno a otro conductor hasta que los potenciales en ambos conductores se igualen.

[pic 32]

• Principio de Arquímedes: Afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

[pic 33][pic 34][pic 35][pic 36]

Se considera un cuerpo totalmente sumergido en un fluido en reposo, Figura a.

• En este caso el fluido ejerce presión sobre todas las partes de la superficie del cuerpo en contacto con el fluido. Puesto que la presión varía con la profundidad la magnitud de la fuerza que ejerce el fluido sobre la superficie de un cuerpo es mayor en las partes del cuerpo que se encuentran más profundas en el fluido. Se tiene por lo tanto que un cuerpo totalmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza resultante ascendente, la cual se denomina "fuerza de empuje", Figura b. La presión en cada parte de la superficie del cuerpo no depende del material de que está hecho el cuerpo, por lo tanto se puede imaginariamente reemplazar el cuerpo por el mismo fluido que lo está rodeando, Figura c.
• Para la medición continua se utilizan, entre otros, los principios: capacitivo, conductivo, vibratorio, a microondas, hidrostático, a ultrasonido (principio del eco) y radiométrico, además, en la actualidad, para la investigación se utilizan los basados en elementos radioactivos.

En la medición de nivel hay que tomar en cuenta algunas propiedades del líquido tales como la viscosidad del fluido, temperatura, densidad, corrosión, gránulos etc.

...