Date post: | 18-Jul-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | james-robles |
View: | 215 times |
Download: | 6 times |
Principios de Medida - Nivel
James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Nivel es la medida de un producto fluido en un envase o tanque basado en su altura:
Esta altura no depende del volumen del tanque.
Altura del Tanque
Nivel
Altura del Tanque
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Altura del Tanque
Nivel
El Nivel no depende del tamaño ni las dimensiones del tanque.
Este Nivel se mide en pulgadas, pies, metros, etc. (Lineales)
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Nivel a medirse
Nivel máximo
Para medir un nivel de un tanque es necesario conocer el nivel máximo de este.
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Nivel a medirse
Nivel máximo
Una manera sencilla para medir un nivel es mediante una boya flotante.
Boya
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Nivel a medirse
Nivel Máximo
Otra forma sencilla para medir un nivel es mediante una mirilla de cristal.
Mirilla de Nivel
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Nivel a medirse
Nivel máximo
La forma mas utilizada es el método Hidrostático. Consiste en medir la presión que produce la columna de
nivel.
Para esto se mide la presión con un Pressure Gauge
Pressure Gauge
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Nivel a medirse
Nivel máximo
La presión que produce la columna aumenta al subir el nivel y disminuye al bajar el nivel.
Esta relación entre nivel y presión es lineal
Pressure Gauge
Sube Nivel Aumenta Presión
Baja Nivel Disminuye Presión
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Presión = Densidad · Gravedad · Altura
𝑝 = 𝜌 ⋅ 𝑔 ⋅ ℎ 𝑝 = 𝜌 ⋅h
𝑝 = 𝑙𝑏/𝑖𝑛3 ⋅ 𝑖𝑛 𝑝 = 𝑙𝑏/𝑖𝑛2(𝑝𝑠𝑖)
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.
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Presión = Densidad · Gravedad · Altura
𝑝 = 𝜌 ⋅ 𝑔 ⋅h 𝑝 =
𝐾𝑔𝑚3 ⋅ 𝑚
𝑠2 ⋅ 𝑚
𝑝 = 𝑁𝑚3 ⋅ 𝑚
𝑝 = 𝑁𝑚2 = 𝑃𝑎
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)
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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 = 3.26
.036 ℎ = 90.56in ℎ = 7.55 𝑓𝑡
Nivel a medirse H2O
𝜌 = .036 lb/in3
Pressure Gauge
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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 = .028 ⋅ 101.4 𝑝 = 2.84 𝑝𝑠𝑖 𝑝 = 78.08 𝑖𝑛 𝐻2𝑂
Nivel a medirse ACEITE
𝜌 = .028 lb/in3
Pressure Gauge
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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 = 8.65
225.6 𝜌 = .038 𝑙𝑏 𝑖𝑛3 Nivel a medirse ???
Pressure Gauge
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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 = 46.71 9.8
ℎ = 4.77 𝑚
Nivel a medirse
Pressure Gauge
H2O 𝜌 = 1 Kg/m3
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
h
Pressure Transmitter
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
PT
Rango del Transmisor: Input: 0 – H Output: 4 – 20 mA
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Hidrostático
Densidades de algunos fluidos mas utilizados:
Fluido Densidad Gravedad Específica
Acetona .028 lb/in3 .78 Kg/m3
Agua Ultra Pura .036 lb/in3 1 Kg/m3
Alcohol Metílico (Metanol) .029 lb/in3 .81 Kg/m3
Benceno .032 lb/in3 .89 Kg/m3
Gasolina .024 lb/in3 .67 Kg/m3
Glicerina .046 lb/in3 1.28 Kg/m3
Leche .037 lb/in3 1.03 Kg/m3
Petróleo .025 lb/in3 .69 Kg/m3
Aceite de Coco .033 lb/in3 .92 Kg/m3
Propano Líquido .018 lb/in3 .5 Kg/m3
Tolueno .031 lb/in3 .86 Kg/m3
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Nivel a medirse
Pressure Transmitter
Método de Burbujas: Este método consiste en medir la presión del fondo del
tanque con una columna de aire
Air Supply
Air Regulator
Con este método, podemos ubicar el Transmisor en cualquier parte
Puede servir para tanques soterrados o sin puertos para adaptar el gauge
PT
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Supresión de Cero: La distancia desde el fondo hasta el gauge se le resta al
rango de proceso
Nivel de Supresión (s)
Cieno en el fondo del Tanque
h
H
Rango del Transmisor: Input: (0 – s) – (H-s) Output: 4 – 20 mA
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Nivel
Nivel de Supresión (4 in)
Cieno en el fondo del Tanque
15 ft
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 180 – 4 = 176 in Rango = -4 – 176 in H20
PT H2O
𝜌 = .036 lb/in3
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
24 ft
Nivel de Supresión (6 in)
Cieno en el fondo del Tanque
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)? Rango del Transmisor: 0 – 6 = -6 in -6 in ∙ .028 =.17 psi .17 psi ∙ 27.74 = -4.72 in H2O 24 ft ∙ 12 in/ft = 288 in 288-6=282 in 282 in ∙ .028 = 7.90 psi 7.90 ∙ 27.74 = 219.15 in H2O Rango = -4.72 – 219.15 in H20
PT ACEITE
𝜌 = .028 lb/in3
Método Hidrostático
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Hidrostático
Transmisor de Nivel de Tanque Abierto
con Diafragma Remoto
Para evitar que los depósitos en el fondo del tanque afecten 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 tubo fino llamado “tubo capilar”
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método de Tanques Presurizados:
Presión sobre el Nivel - Pn
Nivel
ΔPT
H L
Wetleg 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
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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
Nivel
ΔPT
H L
Wetleg
100 psi
10 ft
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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 - 120 in H20 Span=H–L= 0 in H2O
Rango= –120 - 0 in H2O
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Nivel
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
Nivel
ΔPT
H L
Wetleg
100 psi
10 ft
Rango del Transmisor = –120 - 0 in H20
Método de Tanques Presurizados:
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados:
Transmisor de Nivel de Tanque Presurizado
con 3 Valve Manifold
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)
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados:
3 Valve Manifold
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
ΔPT
H L
LP Block Valve
HP Block Valve
Equalizing Block Valve
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Nivel Método de Tanques Presurizados:
Transmisor de Nivel de Tanque Presurizado
con Diafragmas Remotas
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
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos Electrónicos para Medir Nivel: Ultrasonido Utiliza el principio de tiempo de tránsito entre la transmisión
y la recepción de la onda
Al subir el nivel, baja el tiempo de tránsito.
Al bajar el nivel, sube el tiempo de tránsito
Ideal para medir sólidos t
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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.
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
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.
Principios de Medida - Nivel
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
http://instrumentacionhuertas.wordpress.com
¿Preguntas, dudas, comentarios?