ELECTRONICA DE POTENCIA Y

MEDIDA

IVAN JESUS COSIO LOPEZ 76957820G

INDICE

1.- INTRODUCCIÓN

2.- TIPOS DE SENSORES DE NIVEL

2.1.- SENSORES DE DESPLAZAMIENTO (FLOTADOR)

2.2.- SENSORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL

2.3.- SENSORES DE BURBUJEO

2.4.- SENSORES DE RADIOACTIVO

2.5.- SENSORES DE CAPACITIVO

2.6.- SENSORES DE ULTRASONIDOS

2.7.- SENSORES DE CONDUCTIVÍMETRO

2.8.- SENSORES DE RADAR

2.9.- SENSORES DE SERVOPOSICIONADOR

2.10.- SENSORES DE NIVEL MEDIANTE INFRARROJOS

2.11.- MEDICIÓN DE NIVEL MEDIANTE SENSOR OPTICO

3.- MEDICIÓN DE SÓLIDOS. PARTICULARIDADES

4.- ELECCION DEL SISTEMA MAS ADECUADO

1.- INTRODUCCIÓN

La historia de la automatización industrial está caracterizada por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos mundiales.

La aparición de los sensores fue la clave que posibilito la automatización industrial, pues permitió convertir un fenómeno físico en una señal, que posteriormente podía ser procesada mediante automatismos que procurasen una respuesta correcta mediante actuadores.

Como acabamos de decir, el sensor tiene como función básica adquirir señales provenientes de sistemas físicos para ser analizadas, por lo tanto se podrán encontrar tantos sensores como señales físicas requieran ser procesadas.

Basados en el principio de conversión de energía el sensor tomará una señal física (fuerza, presión, sonido, temperatura, etc.) y la convertirá en otra señal (eléctrica, mecánica óptica, química, etc.) de acuerdo con el tipo de sistema de instrumentación o control implementado.

El sensor es por lo tanto un convertidor de energía de un tipo en otro. Los más comunes de las conversiones son a energía eléctrica, mecánica o hidráulica. Los sensores que convierten unas señal física cualquiera a una eléctrica son generalmente llamados sensores. Los que convierten una señal eléctrica en otro tipo de señal son denominados actuadores. Algunos autores llaman a los primeros transdutores de entrada y a los segundos transductores de salida. Sin embargo la Sociedad Americana de Instrumentación (ISA), define el sensor como sinónimo de transductor

En el caso de los sensores de nivel, existen modelos tipo boya, la cual ya incluía un mecanismo actuador, que llevan operando muchos años, lo que no quita que se hayan producido muchos avances, surgiendo muchos métodos nuevos en función de la aparición de nuevas tecnologías.

El sensor de nivel tiene como principal aplicación el control de nivel en depósitos, tanto de sólidos como de líquidos, encontrándonos con soluciones especificas adecuadas a cada tipo de material a medir.

Existen además numerosas aplicaciones para estos sensores, aunque nos centraremos en sus principales funciones, las ya mencionadas.

Por ser los depósitos elementos comunes en la mayoría de procesos industriales, y tantos otros usos domésticos existen multitud de empresas que se dedican a su comercialización, asi como a la fabricación y venta de sensores-interruptores, cuyo propósito no es en control cuantitativo del nivel, sino la permanencia de este en unos márgenes estipulados previamente en función de las necesidades.

2.- TIPOS DE SENSORES DE NIVEL

A continuación describiremos cada uno de los tipos de nivel existentes, profundizando más en los sensores más habituales, y dando ejemplos comerciales de estos.

Clasificando los sensores por el principio de funcionamiento tenemos: • Sensores de desplazamiento (flotador) • Sensores de Presión diferencial • Sensores de Burbujeo • Sensores de Radioactivo • Sensores de Capacitivo • Sensores de Ultrasonidos • Sensores de Conductivímetro • Sensores de Radar • Sensores de Servoposicionador • Sensores magneticos.

A continuación desarrollaremos cada uno de estos sensores, centrándonos en los de mayor uso.

2.1.- SENSOR DE DESPLAZAMIENTO

El sensor de usa más común y posiblemente el mas antigüo. El mas caracteristico es el sensor de flotador, que esta constituido por un flotador pendiente de un cable, un juego de poleas, y un contrapeso exterior.

Existen distintos modelos de este tipo de sensor.

– De regleta: el contrapeso se mueve en sentido contrario al flotador por una regleta calibrada.

– De boya: Un tipo de sensor muy utilizado durante años de uso tan común como una cisterna de baño, es el representado en la figura. La diferencia consiste en que en vez de accionar una válvula, en este caso acciona un contacto eléctrico, teniendo por ejemplo en el Nivel 1: contacto abierto, Nivel 2: el contacto se cierra cuando el nivel esta subiendo, Nivel 3: el contacto se cierra cuando el nivel esta bajando.

Existen más posibles configuraciones, como por ejemplo sustituir el contacto, por un LVDT, que convierta el ángulo de la boya en un movimiento longitudinal, y este a su vez el movimiento de su núcleo en una señal eléctrica de voltaje variable, dándonos un resultado de voltaje proporcional al nivel del deposito, y perfectamente tabulable.

– de unión magnética: el flotador hueco, que lleva en su interior un imán, se desplaza a lo largo de un tubo guía vertical no magnético. El imán seguidor suspendido de una cinta mueve una aguja indicadora. Es fácil instalar contactos a lo largo de la regleta para fijar alarmas de nivel.

Los sensores basados en materiales magnéticos tiene como principio de funcionamiento su permeabilidad magnética, estos a su vez pueden ser divididos en materiales ferromagnéticos (hierro, cobalto y níquel) y ferrimagnéticos (ferritas). El imán seguidor suspendido de una cinta mueve una aguja indicadora. Es fácil instalar contactos a lo largo de la regleta para fijar alarmas de nivel.

Un ejemplo de sensor comercial con este principio de funcionamiento, y sus características de funcionamiento, se pueden observar el la siguiente figura.

Este sensor se usa para indicar y monitorizar el nivel de modo continuo de liquidos. Su diseño, con una sola pieza móvil, el flotador, lo hace particularmente fiable.

Los controladores analógicos tienen una señal de salida eléctrica que es conmutable de 0-20 a 4-20 mA.

Estos sensores de nivel permiten la visualización y monitorización continua sin ser influenciados por la conductividad, temperatura, presión y la viscosidad.

El principio de Funcionamiento del sensor comprende un tubo de medición en el cual un flotador, equipado con un imán, conmuta los contactos montados en el tubo en una manera no contactante. Como modificación a las conocidas técnicas para los interruptores de flotador de nivel, el tubo de medición en los sensores de nivel se equipan con un encadenamiento de resistores y de contactos.

El flotador activa los contactos sellados a través de la pared del tubo que mide de una manera no contactante, por el que un voltaje del circuito de medición proporcional al nivel se elimina en el encadenamiento de medición de la resistencia.

Esta técnica de detección es similar a la operación de un contacto deslizante en un potenciómetro resistivo.

El voltaje muestreado del encadenamiento de resistores se transfiere a un transmisor que da una señal de corriente proporcional al nivel de líquido y, dependiendo del diseño, también permite que los valores límites sean monitoreados.

El transmisor se puede montar en la caja terminal o como instrumento externo. La señalizaci analógica o digital local también se puede proporcionar. Satisfacer los requisitos para mayores precisiones de medición y monitoreo, el encadenamiento de medición de resistencia se puede suministrar en incrementos de 10 mm para longitudes de hasta 2 m, y en incrementos de 20 milímetros para mayores longitudes.

Aplicaciones

- Plantas de aguas servidas y plantas de clarificación

- Tanques de alimentación y medición

- Tanques químicos

- Tanques de agua potable

- Ríos y canales

Otro tipo de sensores de posición magnético seria el correspondiente a la siguiente fotografía:

Este medidor de nivel es un sensor contador controlado por flotador muy exacto para niveles de sensado continuo.

El instrumento comprende dos partes:

-Sensor magnetostrictivo en el tubo de medición.

-Transmisor de cuatro hilos en la caja de conexión.

El principio de medición se basa en la medida del tiempo de eco. Un alambre magnetostrictivo está tensado en el tubo de medición. Los pulsos de corriente se transmiten a través del alambre, generando así un campo magnético anular alrededor del alambre.

El alambre también es magnetizado axialmente por imanes acondicionados en el flotador. Debido a la superposición de ambos campos magnéticos, un impulso torsional se genera en la vecindad del imán del flotador, que se propaga con velocidad ultrasónica en ambas direcciones. La distancia del imán de flotador a un punto cero definido se mide con una medida del tiempo de eco. Los sistemas electrónicos integrados transforman la señal a una señal analógica estandarizada.

Las aplicaciones mas usuales de este sensor son:

-Industria química

-Industria farmacéutica

-Tanques en granjas

-Estaciones de poder

-Industria de procesos

Interruptor de nivel tipo flotador:

Cabe la posibilidad de que el sensor lleve incorporado un interruptor, que integre la respuesta asociada a cierto tope de medida.

Este podría constar, por ejemplo de un flotador pendiente del techo del depósito por una barra a través de la cual transmite su movimiento a una ampolla de mercurio (la hace bascular) con un interruptor.

Si el nivel alcanza al flotador lo empuja en sentido ascendente, ascendiendo si la fuerza supera al peso del flotador. Este movimiento es transmitido por la barra y el interruptor

cambia de posición.

Existen multiples modelos comerciales, fabricándose además sensores que llevan incorporada la función de interruptor, como el ejemplo que se muestra a continuación:

Su modo de operación consiste en que a medida que sube y baja el nivel, se cambia la inclinación del flotador causando que un imán permanente en el flotador se desvíe, lo que alternadamente repele un imán de oposición rotativo. Este efecto forzado de contacto de resorte maneja un micro interruptor con un émbolo. Inclusive los cambios muy pequeños de nivel se pueden conmutar de esta manera.

Las ventajas que presenta este método son:

- Conmutación sensible segura y libre de desgaste

-Alta capacidad de conmutación a 10 A con microcontacto.

-Muy resistente para ambientes hostiles

-Ningún mantenimiento regular necesario

-Temperatura media a 250°C

-Partes húmedas hechas de acero inoxidable de alta calidad

-Ninguna potencia auxiliar necesaria

Como principales aplicaciones tenemos el control y monitorización de niveles líquidos en recipientes abiertos y cerrados, especialmente:

-Monitorización de niveles líquidos Mín. o Máx.

-Monitorización y control del nivel de líquido continuo cuando solamente es posible la instalación lateral debido a falta de espacio o consideraciones de costo.

-Cuando sea necesario un dispositivo de control muy resistente para ambientes hostiles.

-Cuando el servicio sea en áreas peligrosas o cuando se requiere la aprobación de construcción naval.

2.2.- SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL O BYPASS

A la hora de abordar estos sensores, se debe tener en cuenta un detalle, si el tanque es abierto o cerrado.

En el caso de que el tanque sea abierto, el nivel del líquido es proporcional a la presión en el fondo. Se coloca un medidor de presión en el fondo, lo que nos da la altura de líquido en base a la formula siguiente:

Si nos encontramos con un tanque cerrado, la diferencia de presión ejercida por el líquido en el fondo y la presión que tiene el depósito en la zona gaseosa, es decir en su parte superior, nos daría la altura del líquido existente.

Habría que Cuidado con condensados o rebosamiento: montaje en columna mojada.

Sensor de nivel tubular

Este es un caso particular de los sensores de bypass, que en vez de leer directamente la presion, se lee en nivel mediante un tubo en el exterior del deposito. El sensor Consiste en un tubo de material transparente y rígido conectado al depósito por dos bridas con dos válvulas manuales de corte.

El líquido sube por el tubo hasta igualar al nivel del depósito

Este tipo de sensores cnllevan una serie de limitaciones:

– No soportan mucha presión

– No soportan mucha Tª

– No son resistentes a los impactos

– No se pueden usar líquidos que manchen el interior del tubo

Un ejemplo de este sensor puede ser el correspondiente a la siguiente figura:

En este caso,este indicador, se usa para visualización y monitorización continua de niveles líquidos.

El flotador dentro del tanque se asocia por medio de una biela al portador imán en el tubo de arriba. El imán acondicionado en el portador del imán maneja, de modo que no exista contacto, la visualización y monitorización de los dispositivos puestos en el tubo exterior.

A medida que pasa el flotador, los rodillos rojo/blanco son rotados en sucesión por 180° alrededor de sus propios ejes.

Los rodillos cambian de blanco a rojo a medida que el nivel aumenta y de rojo a blanco a medida que el nivel cae. El nivel en un tanque o mezclador se visualiza continuamente como columna roja, incluso cuando la potencia falla.

Para transmitir remotamente el nivel a un transmisor con un encadenamiento de resistores o un transductor magnetostrictivo, se puede montar fuera del tubo tipo bypass.

Una señal estándar continua de 4 a 20 mA se genera por medio de un transmisor acondicionado. Esta señal estándar se puede entonces visualizar en los dispositivos indicadores analógicos o digitales.

Aplicaciones: -Tanques de almacenamiento

-Medios agresivos

-Recipientes de mezclado

-Tanques de agua

Unas tablas que relacionen este modelo concreto, la altura de la medición con la densidad del liquido serian:

Y detalle del esquema del sensor:

2.3.- SENSOR-MEDIDOR DE NIVEL POR BURBUJEO

El principio de funcionamiento de este método consiste en introducir un pequeño caudal de aire o gas inerte hasta producir una corriente continua de burbujas, mediante un tubo sumergido en el depósito hasta el nivel mínimo. Esto se consigue mediante un regulador de caudal, que además permite la medición de este, y de la presión necesaria.

La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es una medida de la columna de líquido.

Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos o con materiales en suspensión (el fluido no penetra en el medidor, ni en la tubería de conexión).

No es la medición de nivel el uso habitual de este tipo de sensores, en cambio, se usa mucho esta tecnología para medición de aguas subterráneas y aguas superficiales de origen geológico, no artificial. Un par de ejemplos de estos sensores son las siguientes fotografías:

2.4.- SENSOR-MEDIDOR DE NIVEL POR RADIACIÓN

Este se basa en la medición, en un lateral del depósito, de un receptor de radiación puntual para medidas todo-nada, o lineal para medidas continuas de radiación emitida por una fuente radiactiva que se instala en un costado del depósito.

La potencia emisora de la fuente decrece con el tiempo, por lo que hay que recalibrar estos instrumentos, lo que conlleva un costo periódico de mantenimiento.

Su aplicación se ve limitada por las dificultades técnicas y administrativas que conlleva el manejo de fuentes radioactivas.

Este tipo de sensor es óptimo para medir fluidos con alta temperatura, líquidos muy corrosivos, reactores de polímeros,..., porque no existe contacto.

2.5.- SENSOR DE NIVEL CAPACITIVO

Este sensor se basa en medir la variación de capacitancia de un condensador cuando va variando el medio dieléctrico entre sus placas.

Con el depósito metálico e introduciendo una sonda metálica sin contacto entre ambos, se forma un condensador, al variar el nivel de líquido varía proporcionalmente la capacidad.

Si el depósito no es metálico se introducen dos sondas. Como en casos anteriores, también se usan como interruptores de nivel.

Su respuesta depende de las características del líquido; que éste sea o no conductor, que sus efectos como la corrosión, puedan alterar la superficie de los electrodos o la presencia en el seno del líquido de burbujas de aire o vapor, que afectarían la constante dieléctrica provocando errores en la medida. Por todo ello, es necesario realizar determinaciones de sus características en el ambiente donde ha de utilizarse.

En el interruptor de medición capacitiva, La sonda de medición, el tanque o la pared del recipiente forman un condensador.

Existen modelos que no necesitan el deposito para formar el condensador, sino que la sonda en si es un condensador, lo que es necesario en depósitos que no sean metálicos.

La capacitancia depende del medio entre la sonda y la pared. Si el aire está presente (tanque vacío), la capacitancia es baja. Tan pronto como el producto toque la punta de prueba, la capacitancia aumenta.

Este cambio en capacitancia se detecta electrónicamente y se convierte a una señal de conmutación cuando la capacitancia se pasa o para cae del límite.

El instrumento tiene una característica de cambio seguridad mínima/máxima. El punto de interrupción siempre se mantiene con precisión por la "compensación del depósito " incluso con la de la densidad de compensación de depósito, la conductancia de la cubierta así como la sensibilidad ajustable. El NTS se ajusta en la fábrica; aunque la sensibilidad se puede reajustar se ajusta en la fábrica; aunque la sensibilidad se puede reajustar.

Para los recipientes no conductores la conexión a tierra se debe asociar a los objetos conductores y con tierra próximos.

Este sensor es muy conveniente para monitorización de nivel en materiales macizos, polvorientos y de grano fino, por ejemplo:

- Tiza, yeso

- Cemento

- Grano

- Harina, leche en polvo

- Alimento animal mezclado

2.6.- SENSOR DE NIVEL DE ULTRASONIDOS

Constan de un medidor de ondas sonoras de alta frecuencia, de entre 20 y 40 kHz, que se propaga por la fase gas hasta que choca con el líquido o sólido, se refleja y alcanza el receptor situado en el mismo punto que el emisor.

El tiempo entre la emisión de la onda y la recepción del eco es inversamente proporcional al nivel. El tiempo depende de la Temperatura, por lo que hay que compensar las medidas. Los sensores llevan incorporado un sensor de temperatura para realizar la corrección de la velocidad de propagación del sonido.

Hay que evitar que existan obstáculos en el recorrido de las ondas, aunque algunos medidores compensan los ecos fijos debidos al perfil del depósito.

Este tipo de sensores son sensibles al estado de la superficie del líquido, por lo que hay q tener presente la posible existencia de espumas.

Los sensores de ultrasonido están formados unidades piezoeléctricas en donde una de ellas es el emisor y la otra el receptor de ondas de presión ultrasónicas. Para esto, la unidad emisora debe excitarse con una señal adecuada en amplitud y frecuencia.

La unidad receptora trasnducirá todas aquellas ondas de presión ultrasónicas con la frecuencia indicada anteriormente, que lleguen a excitarla. Si la emisión es continua, y en un recinto cerrado como en el tanque, alcanzarán la unidad receptora tanto las ondas ultrasónicas rebotadas directamente sobre la superficie del líquido como los diferentes ecos que se produzcan.

La señal suministrada por el receptor será de una frecuencia enviada pero en amplitud y fase variará dependiendo de la distancia y de los diferentes ecos recibidos.

El método más utilizado para la determinación de la distancia es, en lugar de excitar el emisor con una señal fija de 40KHz, a éste se envía trenes de pulsos con periodos muy cortos.

El tiempo transcurrido entre el comienzo de la emisión y el comienzo de la recepción será proporcional a la distancia recorrida por las ondas de precisión ultrasónicas.

Como los ecos deben recorrer más distancia, éstos serán recibidos por el receptor un periodo de tiempo después que las ondas directas, y no perturbarán a la hora de cuantificar las distancias.

Un error es que, al introducir la tensión umbral, el tiempo medido es superior al tiempo real. Este error es fácilmente corregible por medio del ajuste de offset, ya que es prácticamente fijo.

El segundo error, el que realmente limita la utilización práctica del sensor, es el producido por una señal residual inducido entre los cables de 40KHz, que sumada a la señal decepcionada provoca la variación de la amplitud de la señal real, y en la comparación siguiente, varíe el punto de determinación.

Se pueden disminuir algunas condiciones de interferencia, tales como superficies agitadas y espuma, mediante paneles de amortización o pozos de aquietamiento. Se deben de comprobar los requisitos de espacio lateral no obstruido.

Los tubos verticales de aquietamiento aumentan la aparición de ecos falsos y por tanto no estan recomendados.

Los montajes del sensor para medidas de tanque completo deben hacerse en cámaras con diámetros internos mínimos de 20,3 cm. Se debe evitar la presencia de bordes u obstrucciones que puedan interferir en la trayectoria de la señal ultrasónica. Se recomienda utilizar un borde achaflanado en la interfaz cámara-tanque.

A la hora de situar el sensor, debe tenerse en cuenta la existencia de objetos así como la entrada de liquido al tanque, en caso de estar esta por encima del nivel habitual del tanque.

Existen, como en anteriores tipos de sensores, algunos que llevan implementado el mecanismo actuador, es decir, interruptores ultrasónicos.

Un ejemplo de interruptor ultrasónico (puente de sonido), cosiste en dos sensores que se montan en el exterior de un tubo.

Un sensor envía un pulso corto de energía ultrasónica a un ángulo determinado en el tubo. El segundo sensor recibe el pulso retrasado con respecto al medio Si hay líquido en el tubo, el sistema electrónico en sentido descendiente detecta la generación de eco y cambia a un contacto flotante conveniente (contacto N/A). Este método de medida se puede utilizar con los tubos con diámetro entre 8 y 55 Para todas las medidas, se asume que la viscosidad del medio es similar a la del agua y que está prácticamente libre burbujas de aire, burbujas de gas y sólidos.

Este interruptor tiene como ventajas respecto a otros:

- Control de nivel no contactante a través de la pared del tanque

- Instalación fácil y segura

- No se necesita perforación soldadura o prueba

- Se puede instalar en el sitio durante la producción

2.7.- SENSOR DE NIVEL TIPO CONDUCTIVIMETRO

Este sensor consta de una sonda con dos electrodos, que pertenecen a un circuito eléctrico abierto. Cuando estos entran en contacto con el líquido conductor se cierra el circuito eléctrico, que a través de la unidad amplificadora conmuta un contacto.

Este tipo de sensor o sonda no nos da una medición continua del liquido, sino que permite controlar la llegada del nivel a un punto concreto, lo que le hace mas apropiado para alarmas, o como interruptor de nivel en recipientes de líquidos conductores que no sean ni muy viscoso ni corrosivos.

Se podría usar para medidas continuas, en el caso de tener varios circuitos integrados en los electrodos, a diferentes alturas de electrodo, o teniendo en cuenta la resistencia de los electrodos, q permitiría comprobar si el circuito se cierra a mayor o menos altura. Se trata de un sistema formado por dos partes: El equipo de medición en sí y el dispositivo sensor.

El equipo de medición es, en esencia, una tarjeta electrónica que contiene todos los potenciómetros para su calibración.

El elemento sensor está construido básicamente por tres varillas roscadas de bronce y tres cables de conexión al equipo de medición.

Físicamente, las tres varillas se colocan paralelas entre si, en un mismo plano, en forma vertical, y sumergidas dentro del líquido a medir, en la cámara de aquietamiento.

Las dos varillas laterales tienen como funciones:

• Sostener, en forma rígida, la estructura del sensor.

• Calibrar, por medio de la rotación de sus tuercas, la altura del nivel “0” de medición.

• Asegurar una tensión de “tierra” uniforme a lo largo del rango de medición.

La varilla central es de 1/8”. Dividida en dos partes, su tramo final está separado y aislado eléctricamente del resto de la varilla. El tramo “principal” es el responsable de la medición en si.

Entre la varilla central y las laterales se forma una resistencia variable en función del nivel del líquido a medir: Cuanto mayor es el nivel, menor es la resistencia establecida y viceversa. Esto se procesa, y termina siendo una corriente entre a ( nivel “0”) y b mA (nivel máximo).

Pero, ahondando un poco más en detalle, lo que estamos midiendo es la corriente drenada por el sensor, en función de la conductividad de la solución y el largo del electrodo central sumergido.

Como la conductividad depende de la temperatura de la solución y el tipo y concentración de las sales disueltas, variables que el equipo no maneja, se parte de una medición de conductividad previa, realizada por el “apéndice” de la varilla central, el cual está, siempre, 100% sumergido.

La conductividad de la solución modula, en forma inversamente proporcional, a la tensión aplicada a la varilla central. La corriente drenada desde este electrodo, se transforma en una tensión proporcional al nivel. Con la adición de una tensión de “offset” y una nueva transformación a corriente, obtenemos los 4 a 20 mA.

Como detalles dignos de mención, se aclara que las tensiones aplicadas a los electrodos, son las originadas por un oscilador “senoidal puro” y “estabilizado en tensión”, de aproximadamente 1kHz.

La aplicación de una señal alterna a los electrodos centrales impide su aislamiento por migración iónica. La señal senoidal pura garantiza un correcto procesamiento por los operacionales, al trabajar con una única frecuencia. El trabajar con una frecuencia diferente a la de red, ayuda a cancelar las diferencias entre tensiones de 50 Hz y la línea de 0Vcc de instrumentación

2.8.- SENSOR DE NIVEL POR RADAR

Unos pocos años de comienzo de la guerra mundial se desarrolló un arma muy poderosa para su época, el bombardeo aéreo. Se construyó un pequeño sistema acústico, que daría una señal cuando recibiera los sonidos producidos por los aviones.

Se inició la verificación experimental, con un rudimentario equipo se pudo detectar y dar la trayectoria que había seguido un avión. En agosto de 1939, tres semanas antes del inicio de la segunda Guerra Mundial, Gran Bretaña contó con un sistema de detección de aviones. El radar, que como muchas otras aplicaciones surgidas para uso militar tuvieron su posterior aplicación en el mundo civil, estando el primer sensor de nivel por radar operativo en 1987.

Es un sistema con un principio de funcionamiento similar al de ultrasonidos. No necesita ningún contacto con el líquido, ni incorporan ningún elemento que se mueva, por lo que su aplicación es ideal en productos muy viscosos (incluso asfaltos), y su apicación es muy útil incluso en sistemas en movimiento como es el caso de barcos.

El actual rango de medida comercial de estos aparatos es de hasta 40m, acanzando una gran precisión, del orden de los 2mm.

2.9.- SENSOR DE NIVEL MEDIANTE SERVOPOSICIONADOR

Este sistema tiene un principio de funcionamiento muy similar al sensor por flotador, pues mide de forma continua la tensión de un hilo del que pende un contrapeso en forma de disco. La diferencia principal, además de que el contrapeso no flota, esta en el sistema de registro, es decir en es servoposicionadar, que sustituye la regla de medidas.

El sistema está en equilibrio cuando el contrapeso tiene un ligero contacto con el líquido. Al cambiar el nivel del líquido, varía la tensión del hilo lo que es detectado por un servoposicionador. Éste tiende a restituir el equilibrio de tensiones subiendo o bajando el contrapeso.

Hay versiones de estos equipos para tanques atmosféricos, esferas de GLP a presión, y de acero inoxidable para la industria alimenticia.

Este sistema esta dotado de una gran precisión: 1mm, pero es un sistema de contacto, lo que no le hace apto para líquidos muy viscosos o corrosivos.

2.10.- SENSOR DE NIVEL POR INFRARROJOS

Es un sistema de medición basado en un sensor inmune a interferencias de luz normal. Este sensor incorpora un modulador/demodulador integrado en su carcasa y a través de su patilla 4 controla un diodo LED de infrarrojos externo, modulando la señal que este emitirá, para ser captada por el receptor. Cuando un objeto se sitúa enfrente del conjunto emisor/receptor parte de la luz emitida es reflejada y demodulada para activar la salida en la patilla 2 que pasará a nivel bajo si la señal captada es suficientemente fuerte.

El uso de luz IR modulada tiene por objeto hacer al sensor relativamente inmune a las interferencias causadas por la luz normal de una bombilla o la luz del sol.

Su funcionamiento, como puede verse en el esquema, consiste en alimentar el sensor por sus patitas 1 y 3 y estas corresponden a Vcc y Gnd respectivamente, la patita 2 es la salida del detector y la patita 4 es la salida que modula al led emisor externo. Mediante el potenciómetro P1 se varia la distancia a la que es detectado el objeto. Contra mas baja sea la resistencia de este potenciómetro, mas intensa será la luz emitida por el diodo de IR y por lo tanto mayor la distancia a la que puede detectar el objeto.

El el siguiente esquema vemos el simple circuito necesario para hacer funcionar al sensor.

En el circuito anterior lo que vemos es un detector de distancia fija ajustable por un potenciómetro, pero seria posible hacerlo de varias distancias o incluso un detector gradual de distancias. Para varias distancias se podría conmutar varias resistencias y así calcular la distancia del objeto haciendo pruebas antes, y creando una tabla de equivalencias. Para el detector gradual también seria posible controlando la corriente que le llega al diodo emisor mediante un conversor D/A y un circuito de potencia basado el algún transistor.

Si este sensor se instala en la parte superior del depósito, podremos conocer el nivel puntual del deposito dependiendo el numero de posiciones factibles de conocer, del numero de resistencias usadas, e incluso se podría obtener una medición continua.

El sistema de funcionamiento se basa en que el fototransistor conducirá mas, cuanta mas luz reflejada del emisor capte por su base. La

salida de este dispositivo es analógica y viene determinada por la cantidad de luz reflejada, así pues para tener una salida digital se podría poner un disparador Trigger Schmitt y así obtener la salida digital pero esto tiene un problema, y es que no es ajustable la sensibilidad del dispositivo y los puntos de activación de histéresis distan algunos milivoltios uno del otro.

Para solventar este problema muestro el siguiente circuito basado en un amplificador operacional configurado en modo comparador, en la salida del circuito obtendremos una señal cuadrada lista para su interconexión con la entrada de cualquier Controlador.

Existen otros tipos de sensores de reflexión por infrarrojos con medidor de distancia proporcional al ángulo de recepción del haz de luz que incide en un sensor lineal integrado, dependiendo del modelo utilizado, la salida puede ser analógica, digital o booleana.

El principio de funcionamiento, se basa en que la luz infrarroja emitida por el dispositivo mediante un led, pasa a través de una lente que concentra los rayos de luz formando un único rayo lo mas concentrado posible para así mejorar la directividad del sensor.

La luz va recta hacia delante y cuando encuentra un obstáculo reflectante rebota y retorna con cierto ángulo de inclinación dependiendo de la distancia, la luz que retorna es concentrada por otra lente y así todos los rayos de luz inciden en un único punto del sensor de luz infrarroja que contiene en la parte receptora del dispositivo. Este sensor es un CCD lineal y dependiendo del ángulo de recepción de la luz incidirá esta en un punto u otro del sensor pudiendo de esta manera obtener un valor lineal y proporcional al ángulo de recepción del haz de luz.

En los modelos analógicos la salida es un voltaje proporcional a la distancia medida.

En los modelos digitales la lectura será de 8 bits serie con reloj externo.

En los modelos Booleanos la salida será de 1 bit y este marcara el paso por la zona de histéresis del sensor con lo cual solo tendremos una medición de una distancia fija.

2.11.- MEDICIÓN DE NIVEL MEDIANTE SENSOR OPTICO

Este sistema es muy similar al anterior, con la diferencia de que el sistema de infrarrojos da la posición del nivel mediante la distancia del líquido al sensor, y los sensores ópticos, consistentes en semiconductores, situados en las paredes laterales del depósito, están diseñados para medir a través de el liquido transparente, la señal que un diodo infrarrojo emite desde la pared contraria del deposito.

Cuando el diodo no es mojado, la luz llega al receptor con total claridad, pero en cuanto este se cubre de agua, la luz es mitigada, detectándose este cambio y definiéndonos así el nivel del depósito.

3.- MEDICIÓN DE SOLIDOS. PARTICULARIDADES

En estas mediciones nos encontramos con un problema particular y común a todos los sólidos, que es la dificultad de definir el nivel, pues no tiene por qué existir una superficie horizontal.

Habitualmente en conveniente definir varios parámetros, como es, si se esta en un ciclo de carga, o de descarga, o si ambos coexisten, y la posición de entrada y de salida de material. Con estos datos re puede hacer una idea de el perfil existente en el deposito, y así saber donde colocar los sensores, y que parte del perfil miden concretamente.

Ej: Un deposito con entrada y salida centrada, no daria un perfil de pirámide en caso de carga, y de pirámide en caso de descarga.

TIPOS DE SENSORES USADOS EN SÓLIDOS:

Para la medición de sólidos se pueden usar algunos sensores similares a los de los

líquidos y otros específicos para sólidos. Los mas frecuentes son:

• Sensor palpador

• Sensor de paletas rotativas

• Sensor vibratorio

• Sensor de membrana sensitiva

• Sensor de Peso

• Sensor por Ultrasonidos

• Sensor tipo Radar

A continuación describiremos estos nuevos tipos de sensores-medidores, excepto los

sensores por ultrasonidos y radar que ya fueron desarrollados con anterioridad.

Medidor por palpador

Este bajo demanda del operador o de un temporizador, y Consta de un cable de medición o cinta de acero con un peso en su extremo, movido por un motor. Al chocar el peso con la superficie del material se anula la rigidez del cable, lo que conmuta la dirección de giro del motor ascendiendo el peso.

Durante el descenso se mide el cable desenrollado, lo que nos indica el nivel. Es un sistema similar a los sistemas de desplazamiento sistema con servoposicionador.

El peso debe tener una sección suficiente para que no se hunda en el material.

Se usa para materiales sólido con granulometría hasta 3mm.

Medidor de paletas rotativas

Este consiste en un motor hace girar unas paletas a una velocidad aproximada de 9 r.p.m., a través de un resorte. Al entrar en contacto el material con las paletas, éstas se paran, pero el motor continúa girando hasta que el muelle asociado al motor se expande al máximo y toca un

final de carrera que da un contacto eléctrico. Cuando el nivel disminuye, el resorte recupera su posición, el motor arranca y el contacto cambia de posición.

La intensidad del motor será proporcional a la longitud de paleta en contacto con el sólido, con lo que se tiene un margen de medida igual a la longitud de las paletas.

Su principal aplicación es la detección del nivel máximo para sólidos granulados.

Medidor vibratorio

Este se compone de una sonda en forma de diapasón que vibra a unos 80Hz impulsada piezoeléctricamente.

Cuando el material cubre el diapasón las vibraciones se amortiguan, lo que produce una señal que activa un relé.

La instalación de este tipo de sensores suele ser lateral y roscada a la altura del nivel, pero también podemos encontrar sondas verticales.

Los interruptores vibratorios basados en este sensor, estan hechos para resonar por una operación de la conmutación electrónica. Cuando la sonda es cubierta por un medio, se amortiguan las vibraciones. Este cambio en la frecuencia de la resonancia se convierte a una señal de conmutación por medios electrónicos.

Las principales aplicaciones en la actualidad para este tipo de sensor son:

-Industria de plásticos: polvos y material granular.

-Industria química: polvos, pelotillas y cristales.

-Comestibles: grano, maíz, harina, alimento animal.

-Fabricación de papel: celulosa, virutas de madera.

-Reciclaje: gránulos plásticos, virutas de papel

-Centrales eléctricas: polvo de tubo, cal, carbón.

-Piedras y tierra: carbón, polvo de piedra..

ento, arena, cal.

-Industria de construcción y edificios: cem

El interruptor de vibración se puede utilizar en medios polvorientos y materiales granula

Sensor de membrana sensitiva

res. El medio a ser medido debe tener una densidad de por lo menos 0,05 kg/dm 3. El diseño simple de la barra previene la formación de depósito. La barra se auto limpia dao que las vibraciones agitan el medio.

onsta de una membrana acoplada a la pared del recipiente en el punto en el que se quiere

sa con sólidos de granulometría media y pequeña, y no permite la medici

Sensor de nivel mediante medición de peso

Cdetectar el nivel. Cuando el material llega a la altura del interruptor, presiona la membrana

y actúa un conmutador.

Este sensor se uón continua.

En este sistema la medición se realiza m edición del peso del conjunto

en de

sitos que se usen siempre para el mismo ateria

a tenemos que decir que se trata de un sistema de medición de nivel que requier

ediante la mdeposito-carga, mediante células de carga, sensores de presión o galgas extensiométricos.

Posteriormente, conociendo la densidad del material, el peso del deposito y el volumeste, se convierte el peso medido en nivel de sólido.

Este es un metodo muy apropiado para depom l, y tiene la ventaja de que no le influyen los perfiles del depósito, granulometría u cualquier otro sistema.

Como desventaje ser instalado con anterioridad al depósito, lo que exige una planificación de la necesidad

de medición, y es solo apto para nuevos depósitos, no para depósitos ya existentes.

4.- ELECCIÓN DEL SISTEMA MAS ADECUADO

La medición de nivel no tiene unos medidores específicos, sino que la medición se realiza

de modo indirecto mediante sensores de diversas variables, y existir múltiples aplicaciones, por

ser la medición de nivel innecesaria en cantidad de operaciones, y ser los depósitos

imprescindibles en la sociedad y sistema productivo actual.

Debido a esto se hace necesaria la clasificación de los sensores mas adecuados para cada

aplicación, separando debidamente entre sensores de sólidos, en los clasificaremos en función de

su granunlometria, y de la función del deposito; y de liquidos cuya clasificació dependera de

multiples aspectos.

Sensores de nivel para líquidos:

Sensores de nivel para sólidos: