para las restantes.
■ Transmisor capaci-
tivo MicroCap en dos versiones distintas (Mesura-Kobold).
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Abril 2009 / n.º 406
INFORME
Automática e Instrumentaciónaplicación, bajo determinadas cir- cunstancias.
Masa suspendida
Otra opción de medida consiste en in- troducir una barra o vástago con cier- ta masa distribuida de forma homo- génea, habitualmente compuesta por segmentos conectados para facilitar el transporte y su montaje. El vásta- go está libremente suspendido des- de un único punto en la parte supe- rior del tanque. El transmisor mide su peso aparente mediante una cé- lula de carga o un sistema dinamo- métrico alternativo integrado. La ven- taja de este instrumento es que no hay componentes que se desplacen a lo largo del eje de medida, sino que es el propio vástago suspendido el que forma parte del propio sensor. Además, presenta una robustez su- perior, en cuanto a que el contacto con el producto es una simple masa metálica o de otro material compa- tible con el mismo.
Las variaciones del peso específi- co del medio influirán en la medida, pero este pun- to no suele ser un proble- ma si el medio utilizado no varía excesivamente. Sistemas basados en presión
Una de las aplicaciones más populares para los transmisores de presión es precisamente la medi- da de nivel. La diferencia de presión entre un pun- to de medida en el seno de un fluido y la de su su- perficie, es proporcional a la altura del material
■ Sonda de nivel magnetoes-
trictivo DM-3002. (Drexelbrook- Matelco).
vel. No obstante, el mismo elemen- to puede utilizarse con muy distintas tecnologías. Una muy común es la de que se desplace por un vástago donde se han implantado una serie de relés reed, que se van activando cuando el imán de la boya está pró- ximo al mismo, con lo que conec- tándolos de forma apropiada pode- mos tener una salida de 4-20 mA continua. Otra opción es el medidor magnetoestrictivo.
Estos sistemas suelen dar resulta- dos óptimos con medios limpios y no excesivamente viscosos. Las varia- ciones de densidad en el medio afec- tan a la medida, así como el material que pueda adherirse a la superficie del flotador. Cuando se trata de lon- gitudes de medida superiores a los 10 m, el coste de esta solución sue- le ser excesivo, si se compara con otras opciones.
También es interesante conside- rar la posibilidad de utilizar un sis- tema de flotador con desplazamien- to que permita sustituir sus componentes sin necesidad de reti- rar el vástago o perder el aislamien- to de la conexión de proceso, cuan- do se trata de aplicaciones presurizadas o de condiciones ex- tremas de trabajo (criogénicas, etc.). Medidores magnetoestrictivos Los medidores de nivel basados en el principio magnetoestrictivo ofrecen una solución precisa, con el atracti- vo de que su coste se ha reducido muy sensiblemente en los últimos años.
El sistema está com- puesto por un tubo o un cable que debe disponerse verticalmente en el tanque, y con un flotador que en su interior integra un imán y se desliza siguiendo a la superficie del medio.
El principio de funcio- namiento consiste en la ge- neración de un pulso que viaja a través de un cable con propiedades magneto- estrictivas e integrado en el tubo, hasta alcanzar la zona en la que tiene influencia el campo magnético del imán del flotador. En el cable se
produce una torsión y se induce una onda acústica que regresa por el mis- mo cable hasta un sensor conve- nientemente ubicado en la parte su- perior del instrumento. El tiempo de viaje de ida y vuelta es proporcional a la distancia en que se encuentra el flotador y, una vez conformada la se- ñal, proporciona la medida de nivel. Estos sistemas pueden tener lon- gitudes de más de una decena de metros y ofrecen sensibilidades y li- nealidades de ±1 mm o mejores, con una repetibilidad de ±0,01% o mejor. Esto permite que sean utilizados en transferencias comerciales para ga- solina, diesel, LPG, disolventes o de- rivados del alcohol, por ejemplo. El sistema puede trabajar con alta pre- sión y temperatura de proceso, vapor o espuma. También es posible medir la temperatura de proceso con el mismo instrumento, a través de son- das integradas, o compensar la me- dida de una determinada variable re- lacionada con el nivel, si fuera necesario.
También pueden utilizarse dos flo- tadores en una misma sonda, para po- der realizar medidas de dos medios distintos coexistentes en la misma
■ Medida de nivel continuo radiactivo. En el diagrama se aprecia la fuente (1) y sensor (2), cable (3) y central de medida (4). (Berthold Technologies).
multiplicado por la densidad del me- dio. Suelen estar basados en una membrana o material que se defor- ma y se convierte en una señal eléc- trica, ya sea utilizando bandas ex- tensométricas, sensores piezoeléctricos, etc. El sistema tiene que presentar estanqueidad en el lado del proceso y puede ser her- mético en el otro lado, con lo que se mediría una presión absoluta, o bien puede tener una conexión externa a una presión de referencia.
Una de las ventajas de esta tec- nología es que suele ser fácil de ins- talar en un tanque ya existente, ha- b i t u a l m e n t e a t r a v é s d e u n a conexión cercana a la base, o bien se suspende el sensor de un cable di- rectamente en el medio. La des- ventaja es que el líquido tiene que ser relativamente limpio y una fuen- te de error potencial está relacio- nada con los cambios de densidad en el producto.
Burbujeo
Otra opción para utilizar un trans- misor de presión consiste en instalar un tubo a lo largo del tanque hasta un punto cercano a su base, por el que circula un gas, que frecuente- mente es aire o nitrógeno. En el ex- tremo del tubo se producen burbu- jas. Es necesario un regulador para suministrar un caudal de gas cons- tante a lo largo del tubo. La presión del aire en el tubo de burbujeo varía proporcionalmente con la presión hi- dráulica del medio y, en consecuen- cia, con su nivel.
El instrumento utiliza un transmi- sor de presión, el regulador de pre-
sión diferencial y el suministro de gas.
La instalación suele ser simple, pero en función de la aplicación pue- de ser necesario limpiar el dispositi- vo frente a posibles obstrucciones por la formación de depósitos sólidos, La calibración puede resultar afec- tada frente a variaciones de densidad. Si la temperatura puede variar mu- cho, es necesario efectuar la cali- bración a temperatura máxima para evitar reboses de producto. La pre- cisión queda limitada principalmen- te por el regulador, lo que puede ser entorno al 5-10%.
Conductividad
La sonda está compuesta por dos electrodos longitudinales, con la po- sibilidad de utilizar uno solo cuando el depósito es metálico. El líquido tiene que ser conductor y se aplica una corriente alterna al circuito equi- valente, compuesto por las varillas y el medio. En función de la altura del líquido, que cubrirá una mayor par- te de la superficie de las varillas, la impedancia cambiará, y permitirá efectuar una medida de nivel del tan- que. Una ventaja clara es que el sis- tema es muy simple y económico. La aplicación será viable desde un pun- to de precisión siempre que la con- ductividad del líquido no esté in- fluenciada por la temperatura u otra variable externa que pudiera in- fluenciar aquélla.
Sondas capacitivas
Se utiliza una sonda con dos varillas que discurren en paralelo o concén- tricas. También es posible disponer
de una sonda única y la pared del tanque. La idea es que la capacidad del circuito cambia en función del área que recubra el material sólido o líquido, del que se desea conocer el nivel. Muchos aislantes tienen cons- tantes dieléctricas mayores que las del aire, por lo que el sistema puede trabajar con amplia variedad de ma- teriales. Si el medio es conductor, las varillas están recubiertas con un aislante
El instrumento es simple y econó- mico, y permite ser utilizado en con- diciones de proceso extremas, en cuanto a temperatura y presión, como por ejemplo 850ºC y 700 bar respectivamente. No se puede apli- car esta tecnología cuando la cons- tante dieléctrica del material varía o es muy baja. Otro aspecto a cuidar es cuando la sustancia puede quedar adherida a la sonda y crear un re- vestimiento que falsearía la medida. De hecho, esta última posibilidad es la que ha limitado seriamente este sis- tema para ser utilizado en un mayor número de aplicaciones.
Capacidad RF
Para minimizar el problema del po- sible recubrimiento de la sonda, el cir- cuito de un instrumento capacitivo se ha sofisticado con la introducción de los sistemas de radiofrecuencia (RF) para la medida de la admitancia. Para ello, se utiliza una tensión alterna con frecuencias de medida que ha- bitualmente van desde unas dece- nas de kHz hasta 1 MHz, con un cir- cuito capaz de discriminar indirectamente la medida de la re- sistencia y de la capacidad separa- damente, en contra de una única me- dida conjunta de los anteriores instrumentos capacitivos. Gracias a esta técnica, es posible eliminar el error generado por el material de re- cubrimiento, debido a que el valor re- sistivo y el capacitivo, que corres- 80
Automática e Instrumentación