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Principios de Medida - Nivel

James Robles Departamento de Instrumentación Huertas Junior College


James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas Junior 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



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



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)



Nivel a medirse

Nivel máximo

Para medir un nivel de un tanque es necesario conocer el nivel máximo de este.



Nivel a medirse

Nivel máximo

Una manera sencilla para medir un nivel es mediante una boya flotante.

Boya



Nivel a medirse

Nivel Máximo

Otra forma sencilla para medir un nivel es mediante una mirilla de cristal.

Mirilla de Nivel



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



Nivel a medirse

Nivel máximo

La presion 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



La presión es una medida del peso y el peso depende de la densidad (Г – letra griega rho) del fluido dentro del tanque.

La formula para medir nivel utilizando la presion es la siguiente:

Presión=Densidad · Gravedad · Altura

P = Г · g · h



Presión = Densidad · Gravedad · Altura

P = Г · g · h P = Г · 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.



Presión = Densidad · Gravedad · Altura

P = Г · g · h P = kg/m3· m/s2 · m

P = (N/m3)· m P = N/m2 (Pa)

En el sistema métrico, la fórmula permanece con la utilización de la constante gravitacional



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 = Г · h h = P/Г h = 3.26/.036 h = 90.56 in h = 7.55 ft

Nivel a medirse H2O

Г = .036 lb/in3

Pressure Gauge



Ejemplo 2: Un tanque de aceite tiene un nivel de 8.45 ft. ¿Cual es la lectura (en psi) del manometro en el fondo del tanque?

P = Г · h P = (.028) · (101.4) P = 2.84 psi P = 78.8 in H2O Nivel a medirse ACEITE

Г = .028 lb/in3

Pressure Gauge



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 = Г · h Г = P / h Г = 8.65 / 225.6 Г = .038 lb/in3

Nivel a medirse ???

Pressure Gauge



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 = Г · g · h h = P / (Г · g) Г = 46.7 / (1 · 9.8) P = 4.77 m

Nivel a medirse

Pressure Gauge

H2O Г = 1 Kg/m3



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



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



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



Supresión de Cero: La distancia desde el fondo hasta el gauge se le resta al

rango de proceso

Nivel de Supresión (s)


h

H

Rango del Transmisor: Input: (0 – s) – (H-s) Output: 4 – 20 mA



Nivel de Supresión (4 in)


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

Г = .036 lb/in3

24 ft



Nivel de Supresión (6 in)


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: 24 ft ∙ 12 in/ft = 288 in 288 ∙ .028 = 8.06 psi 8.06 ∙ 27.74 = 223.7 in H2O 0 – 6 = -6 in 223.7 – 6 = 217.7 in Rango = -6 – 217.7in H20

PT ACEITE

Г = .028 lb/in3



Método de Tanques Presurizados:

Presión sobre el Nivel

Nivel

ΔPT

H L

Wetleg

Se conecta la parte inferior del tanque al lado High del Transmisor Diferencial Inverso




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?


Nivel

ΔPT

H L

Wetleg

100 psi

10 ft






Rango del Transmisor: 10 ft ∙ 12 in/ft = 120 in Cero = H – L = 100 psi + 0 – (100 psi + 120 in H20) Cero = H – L = 100 psi + 0 – 100 psi – 120 in H20 Cero = -120 in H20 Span = H – L = 100 psi + 120 in H20 – 100 psi - 120 in H20 Span = H – L = 120 in H20 - 120 in H20 Span = H – L = 0 in H20 Rango = – 120 - 0 in H20







Nivel

ΔPT

H L

Wetleg

100 psi

10 ft

Rango del Transmisor = – 120 - 0 in H20



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



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



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.



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