Principios de Medida - Nivel. James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College

Transcripción

1 James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College

2 En esta presentación: Definición de nivel Unidades de medida de nivel Medida de nivel utilizando métodos mecanicos Medida de nivel utilizando método hidrostático Ejemplos de cálculo de nivel hidrostático básico Medida de nivel utilizando método de burbujas Supresión de cero Ejemplos de supresión de cero Medida de nivel de tanques presurizados Ejemplos de cálculo de nivel de tanques presurizados Métodos elctrónicos de medida de nivel

3 Nivel es la medida de un producto fluido en un envase o tanque basado en su altura: Altura del Tanque Altura del Tanque Nivel Esta altura no depende del volumen del tanque.

4 El Nivel no depende del tamaño ni las dimensiones del tanque. Altura del Tanque Nivel Este Nivel se mide en pulgadas, pies, metros, etc. (Lineales)

5 Para medir un nivel de un tanque es necesario conocer el nivel máximo de este. Nivel máximo Nivel a medirse

6 Una manera sencilla para medir un nivel es mediante una boya flotante. Boya Nivel máximo Nivel a medirse

7 Otra forma sencilla para medir un nivel es mediante una mirilla de cristal. Nivel Máximo Mirilla de Nivel Nivel a medirse

8 Método Hidrostático La forma mas utilizada es el método Hidrostático. Consiste en medir la presión que produce la columna de nivel. Nivel máximo Nivel a medirse Pressure Gauge Para esto se mide la presión con un Pressure Gauge

9 Método Hidrostático La presion que produce la columna aumenta al subir el nivel y disminuye al bajar el nivel. Nivel máximo Nivel a medirse Sube Nivel Aumenta Presión Baja Nivel Disminuye Presión Pressure Gauge Esta relación entre nivel y presión es lineal

10 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel La presión es una medida del peso y el peso depende de la densidad (𝜌 letra griega 𝒓ho minúscula) del fluido dentro del tanque. La formula para medir nivel utilizando la presion es la siguiente: Presión=Densidad Gravedad Altura 𝑝 =𝜌 𝑔 ℎ

11 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel En el sistema Inglés, el parámetro g no se utiliza ya que la unidad de medida de densidad es lb./in3. El parámetro libras ya incluye la constante gravitacional. Presión = Densidad Gravedad Altura 𝑝 =𝜌 𝑔 ℎ 𝑝 = 𝜌 h 3 𝑝 = 𝑙𝑏/𝑖𝑛 𝑖𝑛 2 𝑝 = 𝑙𝑏/𝑖𝑛 (𝑝𝑠𝑖)

12 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel En el sistema métrico, la fórmula permanece con la utilización de la constante gravitacional ya que la masa es utilizada en la unidad de densidad (Kg/m3) Presión = Densidad Gravedad Altura 𝑝 = 𝜌 𝑔 h 𝑝= 𝐾𝑔 𝑚3 𝑚 𝑠2 𝑚 𝑝= 𝑁 3 𝑚 𝑚 𝑝 = 𝑁 2 = 𝑃𝑎 𝑚

13 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel Ejemplo 1: Un tanque de agua tiene un manómetro en su fondo que indica 3.26 psi. Cuál es el nivel (en ft.) del tanque? 𝑝 =𝜌 ℎ ℎ=𝑃 𝜌 ℎ = ℎ = 90.56in ℎ = 7.55 𝑓𝑡 Nivel a medirse H2O 𝜌 =.036 lb/in3 Pressure Gauge

14 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel Ejemplo 2: Un tanque de aceite tiene un nivel de 8.45 ft. Cual es la lectura (en psi y en in. H2O) del manometro en el fondo del tanque? 𝑝 =𝜌 ℎ 𝑝 = 𝑝 = 2.84 𝑝𝑠𝑖 𝑝 = 𝑖𝑛 𝐻2 𝑂 Nivel a medirse ACEITE 𝜌 =.028 lb/in3 Pressure Gauge

15 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel Ejemplo 3: Un tanque tiene un nivel de 18.8 ft. y una presion de 8.65 psi en el manometro al fondo del tanque. Cual es la densidad del fluido dentro del tanque? 𝑝 =𝜌 ℎ 𝜌=𝑝 ℎ 𝜌 = 𝜌 =.038 𝑙𝑏 𝑖𝑛3 Nivel a medirse??? Pressure Gauge

16 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel Ejemplo 4: Un tanque de agua tiene un manometro en su fondo que indica 46.7 KPa. Cual es el nivel (metros) del tanque? 𝑝 = 𝜌 𝑔 h ℎ = 𝑃 𝜌𝑔 ℎ = ℎ = 4.77 𝑚 Nivel a medirse H2O 𝜌 = 1 Kg/m3 Pressure Gauge

17 Método Hidrostático Para determinar el Rango de Proceso: Si el transmisor de nivel está en el fondo del tanque, el rango de proceso es la altura del tanque. H Rango del Transmisor: Input: 0 H Output: 4 20 ma h PT Pressure Transmitter

18 Método Hidrostático Densidades de algunos fluidos mas utilizados: Fluido Densidad Gravedad Específica Acetona.028 lb/in 3.78 Kg/m 3 Agua Ultra Pura.036 lb/in 3 1 Kg/m 3 Alcohol Metílico (Metanol).029 lb/in 3.81 Kg/m 3 Benceno.032 lb/in 3.89 Kg/m 3 Gasolina.024 lb/in 3.67 Kg/m 3 Glicerina.046 lb/in Kg/m 3 Leche.037 lb/in Kg/m 3 Petróleo.025 lb/in 3.69 Kg/m 3 Aceite de Coco.033 lb/in 3.92 Kg/m 3 Propano Líquido.018 lb/in 3.5 Kg/m 3 Tolueno.031 lb/in 3.86 Kg/m 3

19 Método Hidrostático Método de Burbujas: Este método consiste en medir la presión del fondo del tanque con una columna de aire Nivel a medirse PT Pressure Transmitter Air Regulator Air Supply Con este método, podemos ubicar el Transmisor en cualquier parte Puede servir para tanques soterrados o sin puertos para adaptar el gauge

20 Método Hidrostático Supresión de Cero: Esta técnica nos permite tomar la medida de un punto que no es exactamente el fondo para así evitar el cieno u otros materiales en el fondo Nivel de Supresión Cieno en el fondo del Tanque

21 Método Hidrostático Supresión de Cero: La distancia desde el fondo hasta el gauge se le resta al rango de proceso Rango del Transmisor: Input: (0 s) (H-s) Output: 4 20 ma H h Nivel de Supresión (s) Cieno en el fondo del Tanque

22 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel Ejemplo 5: Un tanque de agua tiene una altura de 15 ft. El transmisor tiene una supresión de 4 in. Cuál es el rango del transmisor de nivel del tanque? Rango del Transmisor: 15 ft 12 in/ft = 180 in 0 4 = -4 in = 176 in Rango = in H20 15 ft H2O 𝜌 =.036 lb/in3 PT Nivel de Supresión (4 in) Cieno en el fondo del Tanque

23 PrincipiosMétododeHidrostático Medida - Nivel Ejemplo 6: Un tanque de aceite tiene una altura de 24 ft. El transmisor tiene una supresión de 6 in. Cuál es el rango del transmisor de nivel del tanque ( en in H2O)? 24 ft ACEITE 𝜌 =.028 lb/in3 Rango del Transmisor: 0 6 = -6 in -6 in.028 =.17 psi.17 psi = in H2O 24 ft 12 in/ft = 288 in 288-6=282 in 282 in.028 = 7.90 psi = in H2O Rango = in H20 PT Nivel de Supresión (6 in) Cieno en el fondo del Tanque

24 Método Hidrostático Para evitar que los depósiros en el hondo del tanque avecten la lectura, se puede adquirir el transmisor con diafragma en lugar de un puerto de presión El diafragma transmite la presión al transmisor a través de un iubo llamado tubo capilar Transmisor de Nivel de Tanque Abierto con Diafragma Remoto

25 Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados: Presión sobre el Nivel Pn Wetleg ΔPT H Nivel L Se conecta el puerto High del Transmisor Diferencial (dp) a la parte inferior del tanque Se conecta el puerto Low del transmisor diferencial (dp) a una referencia de nivel llamada wetleg. El wetleg es una línea llena del fluido para hacer que se cancele el efecto de la presión sobre el nivel. El transmisor de presión diferencial lleva a cabo la operación matemática: 𝑑𝑝 = 𝐻 𝐿 𝑑𝑝 = 𝐻 + 𝑃𝑛 𝐿 + 𝑃𝑛 𝑑𝑝 = 𝐻 𝐿 + 𝑃𝑛 𝑃𝑛

26 Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados: Ejemplo 6: Un tanque de tipo cilindro acostado de 10 pies de diámetro está presurizado con 100 psi. Cuál es el rango del transmisor diferencial de nivel del tanque? Presión sobre el Nivel Wetleg 100 psi 10 ft ΔPT H L Nivel

27 Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados: Ejemplo 6: Un tanque de tipo cilindro acostado de 10 pies de diámetro está presurizado con 100 psi. Cuál es el rango del transmisor diferencial de nivel del tanque? Rango del Transmisor: 10 ft 12 in/ft = 120 in Cero=H L=(0+100 psi ) (120 in H2O+100 psi) Cero=H L=0+100 psi 120 in H2O-100 psi Cero= -120 in H2O Span=H L= (120 in H2O +100 psi) (120 in H2O-100 psi) Span=H L= 120 in H2O in H20 Span=H L= 0 in H2O Rango= in H2O

28 Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados: Ejemplo 6: Un tanque de tipo cilindro acostado de 10 pies de diámetro está presurizado con 100 psi. Cuál es el rango del transmisor diferencial de nivel del tanque? Presión sobre el Nivel Wetleg 100 psi 10 ft ΔPT H L Nivel Rango del Transmisor = in H20

29 Método de Tanques Presurizados: Para evitar que la alta presión dañe los diafragmas del transmisor, se conecta a través de un 3-Way Manifold El 3-Way Manifold consiste de dos válvulas para aislar cada uno de los puertos (High & Low) y una tercera válvula para igualar presiones entre éstas (equalizing valve) Transmisor de Nivel de Tanque Presurizado con 3 Valve Manifold

30 Método de Tanques Presurizados: HP Block Valve ΔPT H L Equalizing Block Valve LP Block Valve Para retirar el transmisor: 1. Cerrar LP valve 2. Abrir Equalizing valve 3. Cerrar HP valve Para re-instalar el transmisor: 1. Abrir HP valve 2. Cerrar Equalizing valve 3. Abrir HP valve 3 Valve Manifold

31 Método de Tanques Presurizados: Para evitar utilizar el wetleg se puede adquirir el transmisor con diafragmas en lugar de puertos de presión Los diafragmas transmiten la presión al transmisor a través de tubos capilares Transmisor de Nivel de Tanque Presurizado con Diafragmas Remotas

32 Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Capacitancia Utiliza el principio de cambio de capacitancia con cambios en el dieléctrico Placas Capacitivas Fluido del Tanque actúa como dieléctrico Al subir el nivel, sube el porciento de dieléctrico entre las placas

33 Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Ultrasonido Utiliza el principio de tiempo de tránsito entre la transmisión y la recepción de la onda t Al subir el nivel, baja el tiempo de tránsito. Al bajar el nivel, sube el tiempo de tránsito Ideal para medir sólidos

34 Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Guía de Onda (microondas) Utiliza el principio de cambio en permeabilidad del fluido, al viajar la onda por diferentes medios (fluido/espacio vacío). Al subir el nivel, baja el tiempo de tránsito. Al bajar el nivel, sube el tiempo de tránsito Ideal para niveles de diferentes substancias.

35 Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Vibracional (Tuning Fork) Utiliza la frecuencia natural del fluido para detectar presencia de la misma. Al vibrar en el aire, se detecta la frecuencia del tenedor. Al entrar en contacto con un fluido, la frecuencia se altera al estar vibrando en otro medio. Es excelente para medir niveles de sólidos (Ej. granos, polvos, talcos. Este método es inmune a viscosidades altas (Ej. pintura, brea, etc.), formación de espumas, cambis de densidad, conductividad, ph, enter otros.

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