Ahorro Energético: Medida de nivel de Sólidos

Medida de nivel de Sólidos

Cada día, la industria exige nuevos y mejores productos para realizar con eficiencia y eficacia sus procesos. Esto se da en todo ámbito, en la medición de líquidos, presión, sólidos, entre otros.

Dentro de los detectores de nivel de sólidos se encuentran:

Detectores de Nivel de Punto Fijo

Los medidores de nivel de punto fijo proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos determinados. Los sistemas más empleados son el diafragma, el cono suspendido, la varilla flexible, el medidor conductivo y las paletas rotativas.

Detectores de nivel continuos.

Los medidores de nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel de los sólidos desde el punto más bajo al más alto. Entre los instrumentos empleados frecuentemente se encuentran el medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil, el medidor de nivel de báscula, el medidor de nivel capacitivo, el medidor de presión diferencial, el medidor de nivel de ultrasonidos, el medidor de radar de microondas y el medidor de nivel de radiación.

La siguiente tabla muestra las características principales de los medidores de nivel de sólidos.

Tabla 1. Medidores de Nivel de Sólidos.

Instrumento	Tipo	Precisión %	Tempmáx	Tipo	Desventajas	Ventajas
	detector	toda la escala	Servicio°C	Tanque
Diafragma	Fijo alto	50 mm	60	Abierto,	No admite materiales	Bajo costo, sensible a
	y bajo			Cerrado	granulares > 80mm,	materiales de variada
					tanques a baja presión	densidad
Cono suspendido	Fijo alto	50 mm	60	Abierto	Debe estar protegido	Bajo costo
	Y bajo
Varilla Flexible	Fijo, alto	25 mm	300	Abierto	Relé retardo, sólo nivel	Muy sensible
					alto
Conductivo	Fijo alto	25 mm	300	Abierto,	Conductividad de los	Tanques a presión
	y bajo			Cerrado	materiales
Paletas rotativas	Fijo alto	25 mm	60	Abierto	Tanques abiertos o a	Materiales diversos, a
	y bajo				Baja presión	prueba de explosión
Sondeo	Continuo	± 1%	60	Abierto	Resistencia mecánica	Sencillo
electromecánico					media
Báscula	Continuo	± 0.5 a ± 1%	900	Abiertos	Coste elevado	Precio seguro, altas
				Cerrados		presión y temperatura
Capacitivo	Continuo	15 mm	150	Abiertos	Materiales aislantes,	Bajo costo
				Cerrados	Calibración individual,
					Adherencias producto
Presión	Continuo	-	300	Abiertos	Costo medio, posible	Respuesta rápida
Diferencial				Cerrados	obturación orificio de
					purga
Ultrasonidos	Fijo alto	± 0.5 a ± 1%	150	Abierto	Costo medio	Materiales opacos y
	bajo, cont			Cerrado		Transparentes a prueba
						De explosión
Radiación	Fijo alto	± 0.5 a ± 1%	1300	Abierto	Costo elevado,	Tanque sin aberturas,
	bajo, cont			Cerrado	supervisión seguridad,	productos corrosivos y
					calibración individual	peligrosos, alta presión y
					varias fuentes	temperatura

Detectores de nivel de punto fijo

Detector de Diafragma

Para medir el nivel de materiales sólidos almacenados, por ejemplo en silos, se han ideado diversos métodos, entre ellos el detector de diafragma. Este instrumento de medición consiste en un diafragma con una membrana flexible que se dispone al costado de la pared del tanque y contiene en su interior un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un pequeño interruptor. Cuando el nivel del sólido alcanza el diafragma, el material lo fuerza venciendo el contrapeso y cerrando el interruptor. Este puede ser mecánico o de mercurio, puede accionar una alarma o puede actuar automáticamente sobre un transportador o maquinaria asociadas al depósito. Por otra parte, el material del diafragma puede ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio y tiene una precisión de unos ± 50 mm y presenta ventajas de bajo costo, puede emplearse en tanques cerrados sometidos a baja presión o vacío gracias a una línea neumática que iguala presiones a ambos lados de la membrana y trabaja bien con materiales de muy diversa densidad. Tiene la desventaja de no admitir materiales granulares de tamaños superiores a unos 80 mm de diámetro.

Cono Suspendido.

El cono suspendido consiste en un pequeño interruptor montado dentro de una caja impenetrable al polvo, con una cazoleta o pieza pequeña de goma de la que está suspendida una varilla que termina en un cono. Cuando el nivel de sólidos alcanza el cono, el interruptor es excitado. La cazoleta de goma permite una flexibilidad en la posición del cono gracias a la cual el aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel. Conviene tener la precaución de proteger mecánicamente el instrumento cuando se manejan materiales pesados que, en su caída desde la boca de descarga del tanque podrían dañarlo.

El aparato es barato, necesita estar protegido como nivel de baja o en niveles intermedios y se utiliza sólo en tanques abiertos además, su precisión es de unos 50 mm. Sus aplicaciones típicas son la alarma y el control de nivel en carbón, granos y caliza.

Varilla Flexible.

La varilla flexible consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan, aunque sólo sea ligeramente en la varilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma.

El conjunto de la unidad está sellado herméticamente pudiendo construirse a prueba de explosión. El aparato se emplea como alarma de alto nivel estando dispuesto en la parte superior del tanque. Para impedir que la simple caída del producto pueda causar una alarma infundada, éste incorpora un relé de retardo.

El instrumento se emplea en tanques abiertos como alarma de nivel alto, tiene una precisión de ± 25 mm, se utiliza para materiales tales como el carbón y puede trabajar hasta temperaturas máximas de 300 °C.

Medidor conductivo.

El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas en conjunto 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. Los sólidos deben poseer una conductividad eléctrica apreciable para poder excitar el circuito.

Este instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y a presión, trabaja hasta temperaturas máximas de 300 °C, está limitado a materiales que tengan una conductividad de 1 a 1.4 x 10^-7 mho y sólo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles intermedios. Entre los materiales en los que se pueden emplear, figuran el carbón y el carbón activo.

Paletas Rotativas.

Las paletas rotativas consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor síncrono. 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. En su giro, el soporte del motor actúa consecutivamente sobre dos interruptores, el primero excita el equipo de protección, por ejemplo una alarma, y el segundo desconecta la alimentación eléctrica del motor con lo cual éste queda bloqueado. Cuando el producto baja de nivel y deja las palas al descubierto, un resorte vuelve el motor a su posición inicial liberando los dos microrruptores. De este modo, el motor se excita con lo que las palas vuelven a girar, y la alarma queda desconectada.

El eje de las palas puede ser flexible o rígido para adaptarse así a las diversas condiciones de trabajo dentro del silo, tales como caída de producto, deslizamientos del producto, etc. Estos aparatos son adecuados en tanques abiertos o a baja presión (máximo 10 kg/cm²), tienen una precisión de unos 25 mm y se emplean preferentemente como detectores de nivel de materiales granulares y carbón. Pueden trabajar con materiales de muy diversa densidad y existen modelos a prueba de explosión.

Detectores de Nivel continuos

Medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil.

Este tipo de medidor consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas. Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso. Éste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el acopio de sólidos. En este instante, el cable se afloja, y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo que éste asciende hasta la parte superior de la tolva, donde se para, repitiéndose el ciclo nuevamente. Un indicador exterior señala el punto donde el peso ha invertido su movimiento indicando así el nivel en aquel momento.

El instrumento se caracteriza por su sencillez, puede emplearse en el control de nivel, pero debe ser muy robusto mecánicamente para evitar una posible rotura del conjunto dentro de la tolva, lo que podría dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.

Medidor de Nivel de Báscula.

Una báscula es un instrumento para medir y equilibrar fuerzas (pesos), y comprende una serie de elementos esenciales tales como un medio por el cual se puede tomar y soportar la carga, que por lo general es un tanque, una plataforma, un gancho u otro método conveniente para contener la carga; un procedimiento para transmitir el peso de la carga a la fuerza equilibradora y un procedimiento para producir una fuerza suficiente para equilibrar la carga e indicar ese equilibrio.

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. La tolva se apoya en una plataforma de carga actuando sobre la palanca de la báscula o bien carga sobre otros elementos de medida neumáticos, hidráulicos o eléctricos.

El sistema es relativamente caro, en particular en el caso de grandes tolvas, pudiendo trabajar a altas presiones y temperaturas. Su precisión depende del sensor utilizado, pudiendo variar de ±0.5 a ±1%.

Medidor de Nivel Capacitivo.

El medidor de nivel capacitivo es parecido al estudiado en la medición de nivel de los líquidos con la diferencia de que tiene más posibilidades de error por la mayor adherencia que puede presentar el sólido en la varilla capacitiva. Este medidor consiste en un electrodo que se encuentra en las paredes del tanque. La capacidad depende linealmente del nivel de sólido.

La lectura viene influida además por las variaciones de densidad del sólido. La varilla del medidor está aislada y situada verticalmente en el tanque y bien asegurada mecánicamente para resistir la caída del producto y las fuerzas generadas en los deslizamientos internos.

La medida está limitada a materiales en forma granular o e polvo que sean buenos aislantes, la presión y temperatura máximas de servicio pueden ser de 50 bar y 150 °C, y el aparato debe calibrarse para cada tipo de material. Su precisión es de ± 15 mmaproximadamente.

Medidor de Presión Diferencial.

El medidor de presión diferencial se emplea en la medida y el control continuo de nivel de lechos fluidizados. Consiste en dos orificios de purga de aire situados en el depósito por debajo y por encima del lecho. Un transmisor neumático o electrónico mide la presión diferencial posterior de los dos orificios mencionados que depende del nivel del lecho fluidizado. Por otra parte, el instrumento puede trabajar a temperaturas superiores a 300 °C y posee una respuesta rápida.

Medidor de Nivel de Ultrasonidos.

El medidor de nivel de ultrasonidos 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 está 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 desexcita actuando sobre una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depósito.

Disponiendo el haz de ultrasonidos en dirección vertical, el instrumento puede actuar como indicación continua del nivel midiendo el tiempo de tránsito de impulso ultrasónico, entre la fuente emisora, la superficie del producto donde se refleja y el receptor situado en la propia fuente.

Como la superficie de la mayor parte de los productos sólidos reflejan los ultrasonidos, ya sea en mayor o menor grado, el sistema es adecuado para la mayor parte de los sólidos con mucho polvo, alta humedad, humos o vibraciones, y puede emplearse tanto en materiales opacos como transparentes. Sin embargo, si la superficie del material no es nítida, el sistema es susceptible de dar señales erróneas.

El uso del ordenador permite resolver este inconveniente al almacenar el perfil ultrasónico del lecho del sólido e interpretarlo para obtener el nivel correcto del sólido, además de proporcionar características de autocomprobación del instrumento de medida.

El medidor de nivel de ultrasonidos tiene una precisión que varía de ± 0.15% a ±1%, puede construirse a prueba de explosión y trabajar a temperaturas de hasta 150 °C.

Medidor de Nivel de radiación o de Rayos Gamma.

El medidor de nivel de radiación es parecido al instrumento utilizado en la determinación del nivel de líquidos. Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma, dispuesta al exterior y en la parte inferior del tanque, que emite su radiación a través del lecho de sólidos siendo captada por un detector exterior. El grado de radiación recibida depende del espesor de sólidos que se encuentra entre la fuente y el receptor. La fuente radiactiva y el receptor pueden disponerse también en un plano horizontal, en cuyo caso el aparato trabaja como detector continuo todo-nada.

El instrumento puede trabajar a altas temperaturas hasta unos 1300 °C, presiones máximas de 130 bar, en materiales peligrosos o corrosivos, no requiere ninguna abertura o conexión a través del tanque y admite control neumático o electrónico. Su precisión es de ± 1 % y su campo de medida de 0.5 por cada fuente, pudiendo emplearse varias para aumentar el intervalo de medida del nivel.

Uno de sus inconvenientes es que es un sistema de coste elevado que necesita una supervisión periódica desde el punto de vista de seguridad, debe calibrarse para cada tanque y no puede aplicarse a materiales a los que afecte la radiactividad.