Medicion de Nivel y Densidad

Instrumentación.

1. Medición de nivel y densidad Alumnos María Fernanda Ángeles Camacho Gustavo Ángel Sánchez Ramírez Bernardino Melgarejo Lugo Cinthia Estefanía García Guerrero Profesor Ing. Ignacio Ventura Cruz Materia Instrumentación 1 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

2. Medición de nivel En 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. 2 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

3. Medidores de nivel de líquidos Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo: Directamente la altura de líquido sobre una línea de referencia. La presión hidrostática. El desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenido en el tanque del proceso …Aprovechando características eléctricas del líquido o utilizando otros fenómenos. 3 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

4. Los instrumentos que utilizan las características eléctricas del líquido son: • Medidor resistivo/conductivo • Medidor capacitivo • Medidor ultrasónico • Medidor de radar o microondas • Medidor de radiación • Medidor de láser. Y los que se basan en otros fenómenos: • Medidor óptico • Vibratorio • Detector de nivel térmico o de dispersión térmica. 4 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

5. a) Varilla b) Varilla con gancho c) Cinta y plomada Cinta graduada Medidor de Sonda (instrumento de medida directa). 5 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

6. Instrumentos de medida directa El medidor de sonda consiste en una varilla o regla graduada de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación del nivel se efectúa por lectura directa de la longitud mojada por el líquido. En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presión atmosférica. Se utiliza, generalmente, en tanques de fuel- oil o gasolina. a) Varilla 6 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

7. Instrumentos de medida directa Otro medidor consiste en una varilla graduada con un gancho que se sumerge en el seno del líquido y se levanta después hasta que el gancho rompe la superficie del líquido. La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del tanque representa indirectamente el nivel. b) Varilla con gancho 7 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

8. Instrumentos de medida directa Otro sistema parecido es el medidor de cinta graduada y plomada, que se emplea cuando es difícil que la regla graduada tenga acceso al fondo del tanque. Se lanza la cinta con la plomada hasta que toca la superficie del líquido o hasta que toca el fondo del tanque. La marca del líquido en la cinta indica el nivel. c) Cinta y plomada Cinta graduada 8 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

9. Instrumentos de medida directa El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al tanque, 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 9 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación El nivel de cristal normal se emplea para presiones de hasta 7 bar. A presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica. Nivel de cristal

10. Instrumentos de medida directa Los instrumentos de flotador consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica. El flotador conectado directamente está unido por un cable que desliza en un juego de poleas a un índice exterior que señala sobre una escala graduada. 10 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación Nivel de flotador

11. Instrumentos de medida directa El indicador de nivel magnético se basa en el seguimiento magnético de un flotador que desliza por un tubo guía y que contiene un potente electroimán. 11 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación Indicador de nivel magnético.

12. Instrumentos de nivel de flotador (directo y magnético 12 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

13. Instrumentos de medida directa Los medidores por palpador servooperado disponen de un elemento de medida que consiste en un disco de desplazamiento suspendido por una cinta perforada (o un cable) de acero inoxidable que está acoplada a un tambor ranurado, el cual almacena o dispensa la cinta. El tambor está conducido por un servomotor controlado y montado en unos cojinetes de precisión. 13 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

14. Medidor de nivel por palpador servooperado 14 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

15. Instrumentos de medida directa El medidor de nivel magnostrictivo utiliza un flotador cuya posición, que indica el nivel, se determina por el fenómeno de la magnetoestricción. Para detectar la posición del flotador, el transmisor envía un impulso alto de corriente de corta duración (impulso de interrogación) hacia abajo al tubo de guía de ondas, con lo que crea un campo magnético tubular que interacciona inmediatamente con el campo magnético generado por los imanes del flotador. 15 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

16. Medidor de nivel magnetostrictivo 16 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

17. Instrumentos basados en la presión hidrostática El medidor manométrico consiste en un sensor de presión piezoresistivo suspendido de la parte superior del tanque e inmerso en el líquido. El sensor contiene un puente de Wheastone y, bajo la presión del líquido, el sensor se flexa y la tensión que crea es captada por las galgas extensiométricos, dando lugar a un desequilibrio del puente y a una señal de salida proporcional a la presión aplicada, es decir, al nivel. 17 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

18. Medidor manométrico 18 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

19. Instrumentos basados en la presión hidrostática El medidor de tipo burbujeo emplea un tubo sumergido en el líquido a cuyo través se hace burbujear aire mediante un rotámetro con un regulador de caudal incorporado. La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por la columna de líquido, es decir, al nivel. 19 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

20. Medidor de tipo burbujeo 20 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

21. Instrumentos basados en la presión hidrostática El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto, esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. 21 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

22. Medidores de presión diferencial en tanque cerrado 22 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

23. Instrumento basado en el desplazamiento El medidor de nivel de tipo desplazamiento consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque o bien a un resorte de equilibrio del que pende el flotador. 23 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

24. Medidor de nivel de desplazamiento 24 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

25. Instrumentos basados en características eléctricas del líquido El medidor de nivel conductivo o resistivo 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 25 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

26. Medidor de nivel resistivo/conductivo 26 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

27. Instrumentos basados en características eléctricas del líquido 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 líquido 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 el nivel de líquido en el tanque 27 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

28. Medidor de capacidad. 28 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

29. Medidor de nivel de ultrasonido El sistema ultrasónico de medición de nivel 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. 29 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

30. Transductor ultrasónico de nivel 30 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

31. Medidor de nivel 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. 31 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

32. Medidor de nivel de radar 32 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

33. Medidor de nivel 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. 33 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

34. Medidor de nivel láser 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. Consiste en un rayo láser (Light Amplification by Stimulated 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 continua modulada en alta frecuencia. 34 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

35. Medidor de nivel láser 35 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

36. Otros fenómenos El detector de nivel óptico opera mediante la transmisión, reflexión o refracción de luz visible, infrarroja o láser, basándose en el principio de diferencia de índices de refracción entre el líquido y el gas o vapor presente en su superficie. 36 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

37. Otros fenómenos El detector de nivel vibratorio consiste en una horquilla que vibra a su frecuencia de resonancia. Cuando la horquilla es mojada por el líquido reduce su frecuencia, con lo que un circuito electrónico cierra o abre un contacto o excita un microprocesador compatible con salida TTL o un transistor de alta potencia. 37 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

38. Otros fenómenos El detector de nivel térmico o de dispersión térmica consiste en dos sondas de resistencia, una de las cuales se calienta y la otra está a la temperatura del proceso, con lo que proporcionan dos resistencias diferentes. Cuando no hay líquido, la diferencia es mayor y cuando aumenta el nivel y moja las dos sondas, la sonda caliente se refrigera y se reduce la diferencia de temperaturas. 38 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

39. Detectores de nivel óptico, vibratorio y térmico 39 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

40. Medidor másico de nivel La medición directa del contenido másico mediante presión hidrostática (HTG – Hydrostatic Tank Gauging ) precisa de la instalación de una sonda de temperatura y de dos transmisores de presión de muy alta exactitud (P1 y P2), estabilidad y repetibilidad, separados entre sí por una distancia fija. En el caso de tanques cerrados a presión, es necesario el uso de un tercer transmisor (P3) para medir la presión en la parte superior del tanque. 40 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

41. Medidores de nivel de sólidos En 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. 41 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

42. Detectores de nivel de punto fijo El detector de diafragma consiste en una membrana flexible que puede entrar en contacto con el producto dentro del tanque y que actúa sobre un microrruptor. 42 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

43. Medidor de diafragma 43 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

44. Detectores de nivel de punto fijo Los interruptores de nivel alto están montados en la parte superior o lateral del tanque y consisten en una sonda de tubo, o paleta o varilla flexible, que excita un microrruptor cuando el sólido los alcanza. Son aparatos de bajo coste, necesitan estar protegidos y se utilizan sólo en tanques abiertos. 44 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

45. Detectores de nivel continuos El medidor de nivel de sondeo electromecánico, representado en la, 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. 45 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

46. Detectores de nivel continuos El 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 lo tanto, el nivel. La tolva se apoya en una plataforma de carga actuando sobre la palanca de una báscula o bien carga sobre otros elementos de medida neumáticos, hidráulicos o eléctricos (galga extensiométrica y microprocesador). 46 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

47. Medidor de báscula y células de carga 47 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

48. Detectores de nivel continuos El medidor de nivel capacitivo es parecido al estudiado en la medición de nivel de los líquidos, con la diferencia de que tiene más posibilidades de error por la mayor adherencia que puede presentar el sólido en la varilla capacitiva. La lectura viene influida, además, por las variaciones de densidad del sólido. 48 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

49. Medidor de nivel capacitivo 49 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

50. Detectores de nivel continuos El 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. 50 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

51. Medidor de nivel de ultrasonidos 51 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

52. Detectores de nivel continuos El medidor de radar de microondas, similar al de nivel de líquidos, consta de una fuente de microondas situada en la parte superior del tanque que emite un haz de microondas que se refleja sobre el sólido y es captado por un detector. El sistema es ideal en productos muy viscosos como el asfalto. 52 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

53. Medidor de nivel radar 53 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

54. Detectores de nivel continuos El medidor de nivel de radiación es parecido al instrumento estudiado en la determinación del nivel de líquidos. Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma, dispuesta al exterior y en la parte inferior del tanque, que emite su radiación a través del lecho de sólidos, siendo captada por un detector exterior. 54 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

55. Detectores de nivel continuos El medidor de nivel láser envía impulsos desde el sensor hasta el nivel de sólido y capta el impulso reflejado, calculando la distancia por la multiplicación entre la velocidad de la luz y la mitad del tiempo que ha tardado el haz entre el emisor y el receptor del pulso, después de reflejarse éste en la superficie del sólido. 55 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

56. Medidor de nivel láser. 56 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

57. Densidad La densidad o masa específica de un cuerpo se define como su masa por unidad de volumen, expresándose normalmente en g/cm3 (o kg/m3). Como la densidad varía con la temperatura y con la presión (en los gases), se especifica para un valor base de la temperatura que en líquidos suele ser de 0 °C o de 15 °C, y en los gases de 0 °C y para un valor estándar de la presión que en los gases es de 1 atmósfera. 57 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

58. Densidad La densidad media es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.   58 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

59. Densidad absoluta La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.   59 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

60. Densidad relativa La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades) =densidad de la sustancia = densidad de referencia o absoluta.   60 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

61. La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. Medición 61 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

62. El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido. El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases (picnómetro de gas). La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos. La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida precisa de la densidad de líquidos. Instrumentos más comunes para medir la densidad 62 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación

63. GRACIAS POR SU ATENCIÓN 63 Medición de nivel y densidad Ing. Mecatrónica Instrumentación