Previo lem practica 1
- 1. Introducción: El termino ¨nivel¨ en la industria significa la posición relativa donde se encuentra un liquido con respecto a su contenedor en un cierto momento a unas ciertas condiciones. En la industria se usa a menudo la medición del nivel de un liquido con respecto a su contenedor para saber cual es el volumen de este, y con este dato poder obtener otras características del líquido, ya sea su masa, normalidad, etc. Las distintas técnicas de medición de nivel constituyen entre otras, 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, el control de la calidad del producto, la optimización de los procesos y la protección del ambiente; dependen de la calidad de la medición que se está haciendo y por ende la responsabilidad que esto conlleva al momento de tomar una decisión. Los dispositivos de medición de nivel trabajan midiendo: la altura de líquido sobre una línea de referencia, la presión hidrostática, el desplazamiento producido por el propio líquido contenido en el tanque del proceso, aprovechando características eléctricas del líquido o midiendo el tiempo que tarda una onda (sonido o radio) en regresar a un receptor. Investigación previa: 1. ¿Qué entiende por medición a nivel? Medir la altura a la que se encuentra un liquido dentro de un contenedor en referencia a un medidor externo de este. 2. Haga una clasificación de los indicadores de nivel de mayor importancia y una breve descripción de los mismos. Medidores de nivel de líquidos. Medidores de medida recta: - El medidor de sonda: consiste en una varilla o regla graduada, de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación el nivel se efectúa por lectura directa de la longitud mojada por el líquido. - 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 3 válvulas, 2 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.
- 2. - 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. - Los medidores por palpador servooperado: disponen de un elemento de medida que consiste en un disco de desplazamiento suspendido por un cable de acero inoxidable. El cable está acoplado a una máquina de precisión, con un tambor ranurado, la cual almacena o dispensa el cable. El tambor está conducido por un servomotor controlado y montado en unos cojinetes de precisión. Cuando el nivel sube o baja, el desplazador es movido, manteniendo contacto con la superficie del producto. El tambor de medida está montado en el techo del tanque y dispone de un codificador óptico y el transmisor de los datos de nivel. Medidores basados en la presión hidrostática: - El 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. - El medidor de membrana utiliza una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor. La fuerza ejercida por la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido. - 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. La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por la columna de líquido, es decir al nivel. El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el +líquido, que mide la presión hidrostática en un punto en el fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. Instrumentos basados 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. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque. Instrumentos basados en características eléctricas del líquido: - El medidor de nivel conductivo o resistivo consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos.
- 3. -El 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. -Los sistemas de medida de nivel por nivel por capacitancia de radio 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 periodo variable. Medidores 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. Medidor de nivel de radar: -El sistema de radar de microondas se basa en la emisión continua de una onda electromagnética que no es influida por la temperatura ni por las variaciones de densidad que puedan existir sobre el líquido. La onda es continua y está modulada en alta frecuencia entre la señal emitida y el eco recibido. Medidor de nivel de radiación: +El sistema de radiación 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. 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 a la masa del líquido en el tanque, la radiación es captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida. Medidor de nivel laser: El sistema consiste en un rayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigidopor 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.
- 4. Medidor másico de nivel. La medicióndirecta del contenido másico mediante la presión hidrostática precisa de la instalación de una sonda de temperatura y de 2 transmisores de presión de muy alta exactitud, estabilidad y repetitividad, separados por una distancia fija. La masa del líquido se determina multiplicando la presión hidrostática del fondo del tanque por su área. El nivel se determina dividiendo la masa del líquido por la densidad estándar, y dividiendo el resultado por el área del tanque. Medidores de nivel de solidos: Medidores 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 interruptor. - El cono y la varilla flexible consisten en un cono y una varilla unidos a un interruptor que lo excitan cuando el sólido los alcanza. - El medidor conductivo 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. -El 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. -Las paletas rotativas consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira continuamente. 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 2 interruptores. -El detector de vibración consiste en una sonda de vibración consiste en una sonda de vibración en forma de horquilla que forma parte de un sistema resonante mecánico excitado piezoeléctricamente. Cuando el material entra en contacto con la sonda amortigua su vibración lo que detecta el circuito electrónico actuando al cabo de un tiempo de retardo ajustable sobre un relé y una alarma. - El medidor de radar de microondas, similar al de medida de nivel de líquidos, 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 dicho horizontal, la señal deja de recibirse y se excita una alarma. Medidores de nivel continuos: - El medidor de sondeo electromecánico, consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante
- 5. poleas. Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso. Éste baja en el interior de la tolva hasta que choca contra el lecho de sólidos. -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. -El medidor de capacitancia de radiofrecuencia capta el nivel por la variación de capacidad del condensador formado por las paredes del tanque, la sonda y el propio material. -El medidor de presión diferencial se emplea en la medida y el control continuo de lechos fluidizados, consiste en 2 orificios de purga de aire situados por debajo y por encima del lecho. Un instrumento transmisor neumático o electrónico mide la presión diferencial entre los orificios que depende del nivel del lecho fluidizado. -El medidor de nivel de ultrasonido 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 es 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 des-excita actuando sobre una alarma. -El medidor de nivel de radiación. Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma. El grado de radiación recibida por el receptor depende del espesor de sólidos que se encuentra entre la fuente y el receptor. 3. Mencione el principio por el cual se rigen estos: -Instrumentos de medida directa: Se rigen mediante la marca o medida que presentan estos instrumentos. -Instrumentos basados en la presión hidrostática: Se basan en el principio de la presión hidrostática. -Instrumentos basados en el desplazamiento: Se basan en el movimiento de cuerdas o poleas, que indican el nivel al que se encuentra la sustancia contenida. - Instrumentos basados en características eléctricas del líquido: Se basan en el principio de conductividad. El líquido debe de ser lo suficientemente conductor como para excitar al circuito electrónico. -Medidores ultrasónicos: Se basan en la emisión de una onda ultrasónica a una superficie reflectante y la recepción del eco de este.
- 6. -Medidores de Radiación: Consisten en la emisión de rayos gamma, los cuales son absorbidos por el líquido o sólido contenido, y la radiación que no es absorbida por el mismo es inversamente proporcional al nivel del contenido. -Medidores Láser: Se basan en el disparo de un rayo láser que rebota en la superficie del contenido, y mide la distancia a la cual se encuentra este. 4. Explique cómo cubicaría experimentalmente un tanque de tapas planas en posición vertical y horizontal, usando vidrio de nivel. Llenaría el tanque hasta llegar a la ultima marca del vidrio de nivel, después vaciaría poco a poco el cilindro hasta llegar a la mitad del vidrio de nivel. Al hacer esto calcularía el volumen obtenido y este lo multiplicaría por 2. 5. Haga el cálculo para cubicar un tanque con tapas planas en posición horizontal. Datos Diámetro = 45 cm Longitud = 75 cm Placa = ¼ in = 0.635 cm Vidrio de Nivel = 35 cm Solución Diámetro = (D – ¼ in) = (45 cm – 0.635 cm) = 44.365 cm Longitud = (h – ¼ in) = (75 cm – 0.635 cm) = 74.365 cm Volumen = 𝛑 𝟒 d2h = 𝛑 𝟒 (44.365 cm)2 (74.365 cm) = 114958.0624 cm3 1 cm3 = 0.001 L Volumen = 114958.0624 cm3 = 114.9581 L 6. Haga el cálculo para cubicar un tanque con tapas planas en posición vertical. Datos Diámetro = 45 cm Longitud = 65 cm Placa = 1/16 in = 0.15875 cm Vidrio de Nivel = 35 cm Solución Diámetro = (D – 1/16 in) = (45 cm – 0.15875 cm) = 44.84125 cm Longitud = (h – 1/16 in) = (65 cm – 0.15875 cm) = 64.84125 cm
- 7. Volumen = 𝛑 𝟒 d2h = 𝛑 𝟒 (44.84125 cm)2 (64.84125 cm) = 102399.2276 cm3 1 cm3 = 0.001 L Volumen = 114958.0624 cm3 = 102.3992 L 7. Se tiene un medidor de nivel de tipo de tubo de burbujeo que tiene una escala que da lecturas directas de nivel de agua de recipientes a) ¿Cuál es el factor a utilizar para que el indicador sea usado en recipientes conteniendo otro fluido diferente al agua? Para indicar el nivel de fluidos diferentes al agua, el factor a considerar es la densidad del líquido contenido, ya que el medidor de tipo burbujeo , se basa en el principio de la presión hidrostática, y solo nos da la lectura de la presión a la cual el aire entra al recipiente, la cual equivale a la presión hidrostática ejercida en la columna de líquido, es decir al nivel, y de esta manera, se obtiene la presión hidrostática y a partir de la siguiente ecuación, se despeja y se obtiene la altura del nivel del líquido. 𝑃 = 𝜌. 𝑔. ℎ + 𝑃 𝑎𝑡𝑚 P = Presión hidrostática ρ = Densidad del líquido g = Aceleración de la Gravedad h = Altura del Nivel del Líquido Patm = Presión Atmosférica (No Aplica en Tanques Cerrados) b) Además, calcular la presión de un tanque que contiene un hidrocarburo cuya S (gravedad especifica) es de 0.85 y el indicador de una lectura de 0.90 m de agua. S = 0.85 h = 0.90 m g = 9.81 m/s2 ρ ref= 1kg/ m3 S = ρ sol * ρ ref ρsol = S. ρref = (0.85) (1kg/m3) = 0.85 kg/ m3 P = ρgh = (0.85 kg/ m3) (9.81 m/seg2) (0.90 m) = 7.50 Pa Bibliografía:
- 8. http://materias.fi.uba.ar/7609/material/S0303MedicionNivel1.pdf http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/djean/index_archivos/Documentos/I4 _Medicion_de_nivel.pdf Perry R.H, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill-Interamericana, 7ª Edición, España, (2010)