Elementos electroneumticos.Tanto los controles neumticos como
los electroneumticos tienen una seccin de potencia neumtica (Vase
Fig. 1.1 y Fig. 1.2). La seccin de control de seales vara segn el
tipo. En un control neumtico se utilizan componentes de mando
neumticos, es decir, varios tipos de vlvulas, secuenciadores,
barreras de aire, etc. En un control electroneumtico, la seccin de
control se realiza con componentes elctricos, por ejemplo, con
pulsadores de entrada elctricos, detectores de proximidad, rels o
con un control lgico programable.Las vlvulas distribuidoras forman
el interface entre la seccin de con-trol de seales y la seccin de
potencia neumtica en ambos tipos de control.
Fig. 1.1 Flujo de seales y componentes de un sistema de control
neumtico.
Fig. 1.2 Flujo de seales y componentes de un sistema de control
electroneumtico.
Los elementos electromecnicos de presin utilizan un elemento
mecnico combinado con un transductor elctrico, que genera la
correspondiente seal elctrica. El elemento mecnico consiste en un
tubo Bourdon, espiral, hlice, diafragma, fuelle o una combinacin de
los mismos que a travs de un sistema de palancas convierte la
presin en una fuerza o en un desplazamiento mecnico. Los elementos
electromecnicos se clasifican segn el principio de funcionamiento
en los siguientes tipos: resistivos, magnticos, capacitivos,
extensomtricos y piezoelctricos.Los elementos resistivos estn
constituidos de un elemento elstico (tipo Bourdon o cpsula) que
vara la resistencia de un potencimetro en funcin de la presin. El
potencimetro puede adoptar la forma de un slo hilo continuo, o bien
estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o no de
resistencia.
Fig. 1.3 Elemento resistivoEl movimiento del elemento de presin
se transmite a un brazo mvil aislado que se apoya sobre el
potencimetro de precisin. ste est conectado a un circuito de puente
de Wheatstone.Un puente de Wheatstone Se utiliza para medir
resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del
puente. Estos estn constituidos por cuatro resistencias que forman
un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia de bajas
medidas.Los elementos de inductancia variable utilizan el
transformador diferencial variable lineal (LVDT = Linear Variable
Diferencial Transformer) que proporciona una seal en c.a.
proporcional al movimiento de una armadura de material magntico
situada dentro de un imn permanente o una bobina que crea un campo
magntico. Al cambiar la posicin de la armadura, por un cambio en la
presin del proceso, vara el flujo magntico. Esta variacin del flujo
da lugar a una corriente inducida en la bobina que es, por tanto,
proporcional al grado de desplazamiento de la armadura mvil.Los
elementos de reluctancia variable se basan en el desplazamiento
mecnico, debido a la presin, de un ncleo magntico situado en el
interior de una o dos bobinas. Estas bobinas estn conectadas a un
puente de c.a. y la tensin de salida es proporcional a la presin
del fluido. El sensor est conectado a un puente alimentado por una
tensin alterna de frecuencias entre 1 KHz a 10 KHz. La variacin de
la reluctancia magntica produce una modulacin de inductancia
efectiva que es funcin de la presin del fluido. Los elementos
capacitivos se basan en la variacin de capacidad que se produce en
un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicacin de
presin. La placa mvil tiene forma de diafragma y se encuentra
situada entre dos placas fijas. De este modo, se tienen dos
condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de
capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o
bien en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente
alterna.
Fig 1.5 Transductor de reluctancia variable.
Fig 1.6 Transductor capacitivo.Los elementos de galgas
extensiomtricas se basan en la variacin de longitud y de dimetro, y
por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de
resistencia se encuentra sometido a una tensin mecnica por la accin
de una presin. Existen dos tipos de galgas extensiomtricas, galgas
cementadas, formadas por varios bucles de hilo muy fino que estn
pegados a una hoja base de cermica, papel o plstico, y galgas sin
cementar, donde los hilos de resistencia descansan entre un armazn
fijo y otro mvil bajo una ligera tensin inicial. La aplicacin de
presin estira o comprime los hilos, segn sea la disposicin que el
fabricante haya adoptado, modificando la resistencia de los mismos.
Las galgas extensiomtricas tienen una respuesta frecuencial
excelente y pueden utilizarse en medidas estticas y dinmicas. No
son influidas por campos magnticos, pero presentan una seal de
salida dbil, son muy sensibles a vibraciones y tienen una
estabilidad dudosa a lo largo del tiempo de funcionamiento.Los
elementos piezoelctricos son materiales cristalinos que, al
deformarse fsicamente por la accin de una presin, generan un
potencial elctrico. Dos materiales tipicos en los transductores
piezoelctricos son el cuarzo y el titanato de bario, capaces de
soportar temperaturas del orden de 150 C en servicio continuo y de
230 C en servicio intermitente. Son elementos ligeros, de pequeo
tamao y de construccin robusta. Su seal de respuesta a una variacin
de presin es lineal y son adecuados para medidas dinmicas, al ser
capaces de respuestas frecuenciales de hasta un milln de ciclos por
segundo. Tienen la desventaja de ser sensibles a los cambios en la
temperatura y de experimentar deriva en el cero y precisar ajuste
de impedancias en caso de fuerte choque. Asimismo, su seal de
salida es relativamente dbil, por lo que precisan de amplificadores
y acondicionadores de seal que pueden introducir errores en la
medicin. Los elementos de pelcula delgada son sensores
piezoresistivos, adecuados para presiones superiores a 25 bar, que
consisten en membranas cubiertas con una capa de resistencia, cuyo
valor cambia con la aplicacin de presin. La membrana de acero
inoxidable con ene una capa de aislamiento de SiO2 de un espesor de
4-6 mm. Sobre dicha capa de resistencia se cauterizan las bandas
extensiomtricas y se van depositando otras capas, todo ello
utilizando la tecnologa de pelcula delgada. La deformacin de la
membrana es mnima, del orden de micras, por lo que posee buenas
caractersticas dinmicas. Las bandas en nmero de cuatro se conectan
a un puente de Wheatstone.
Fig. 1.6 Diagrama de un elemento piezoelctrico.
Elementos electrnicos de vaco.Los elementos electrnicos de vaco
se emplean para la medida de alto vaco, son muy sensibles y se
clasifican en los siguientes tipos: Medidor McLeod. Mecnicos Tubo
Bourdon, fuelle y diafragma. Propiedades de un gas Conductividad
trmica. Trmicos Termopar, Pirani, bimetal. Ionizacin Filamento
caliente, ctodo fro.
El medidor McLeod se utiliza como aparato primario de calibracin
de los restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra del
gas de gran volumen conocido a un volumen ms pequeo y a mayor
presin mediante una columna de mercurio en un tubo capilar de
volumen conocido. La presin del gas se deduce aplicando la ley de
Boyle-Mariotte. Su intervalo de medida es de 1 a 10-4 mm Hg. Debido
a la compresin que se realiza en la medida no puede utilizarse para
vapores.
Fig. 2.1 Medidor McLeadEl tubo Bourdon combina la medida de
presin y vaco con la escala dividida en dos partes, a la izquierda
el vaco (cm de Hg y pulgadas de mercurio) y a la derecha Kg/cm2
(bar) y psi.
Fig 2.1 Tubo de Bourdon de medida de presin y vaco.
Los elementos mecnicos de fuelle y de diafragma trabajan en
forma diferencial entre la presin atmosfrica y la del proceso.
Pueden estar compensados con relacin a la presin atmosfrica y
calibrados en unidades absolutas. Al ser dispositivos mecnicos, las
fuerzas disponibles a presiones del gas muy bajas son tan pequeas
que estos instrumentos no son adecuados para la medida de alto
vaco, estando limitados a valores de 0,00001 mm Hg abs. Pueden
llevar acoplados elementos elctricos del tipo de galga
extensiomtrica o capacitivos.
Fig. 2.2 Medidor de vaco de capacitancia con diafragma.Los
aparatos basados en las propiedades de un gas miden la
conductividad trmica o la viscosidad. Estos parmetros varan de
forma no lineal con la presin y dependen de la composicin del gas,
por lo que son inexactos. Trabajan entre 100 mm Hg abs y 0,0001 mm
Hg abs. Los elementos trmicos se basan en el principio de la
proporcionalidad entre la energa disipada desde la superficie
caliente de un filamento calentado por una corriente constante y la
presin del gas ambiente cuando el gas est a bajas presiones
absolutas. Son el elemento trmico de termopar, el elemento Pirani y
el elemento bimetlico.
Fig. 2.3 Transductores trmicos.El elemento de termopar mide
presiones entre 10 mm Hg y 0,001 mm Hg mediante la medicin de las
tensiones generadas en una serie de termopares soldados a un
filamento caliente expuesto al gas. El filamento alcanza una
temperatura de equilibrio que viene determinada por la cantidad de
energa extrada del gas. A presiones ms altas, ms molculas del gas
chocan contra el filamento y extraen ms energa que a bajas
temperaturas, con lo cual aumenta la f.e.m. del termopar. En el
elemento Pirani, dos filamentos de platino (referencia y medida)
forman parte de dos brazos de un puente de Wheatstone. El filamento
de referencia est inmerso en un gas conocido a presin constante,
mientras que el filamento de medida est expuesto al gas a valorar.
Los filamentos se calientan a travs del puente y se mantienen a una
temperatura constante. Las molculas del gas que chocan contra el
elemento de medida extraen energa que es detectada y sustituida por
el circuito de realimentacin. Cubren el intervalo de presiones de
10 mm Hg a 10-5 mm Hg.El elemento de conveccin tiene la misma
estructura que el de termopar o el Pirani, con la diferencia de que
la conveccin natural de los gases extrae el calor del filamento
caliente. Intervalo de medida de 10 mm Hg a 1 atmsfera. Los
elementos de ionizacin se basan en la formacin de los iones que se
producen en las colisiones que existen entre molculas y electrones
(o bien partculas alfa en el tipo de radiacin). La velocidad de
formacin de estos iones, es decir la corriente inica, vara
directamente con la presin. Los forman el elemento de filamento
caliente y el elemento de ctodo fro. Cubren el intervalo desde 10-4
y 10-9 mm Hg abs. Los elementos de ctodo (filamento) caliente
(Bayard/Alpert (B-A) and Schulz-Phelps (S-P)) emiten electrones
termoinicos que ionizan las molculas de gas residual contra las que
chocan. La corriente al colector (150 V) vara con la densidad del
gas, es decir con el nmero de molculas por unidad de volumen (cc),
lo que es una medida directa de la presin del gas.
Fig 2.4 Elementos de ionizacin.Los elementos de ctodo
(filamento) fro estn basados en una descarga mantenida por un campo
magntico externo que fuerza a los electrones a seguir una
trayectoria en hlice con una alta probabilidad de ionizar el gas
residual. El nmero de iones captados determina la presin del gas.
Uno de los modelos es el llamado magnetrn invertido que puede medir
de 1 a 10-11 mm Hg abs, si bien, su puesta en marcha a baja presin
puede ser de horas o das. Analizadores de gas residual son
espectrmetros especiales de masa que se sitan en una cmara al vaco
y que trabajan en el valor de 10-4 mm Hg abs.
Medicin de nivelEn la industria, la medicin de nivel es muy
importante, tanto desde el punto de vista del funciona-miento
correcto del proceso como de la consideracin del balance adecuado
de materias primas o de productos finales. La utilizacin de
instrumentos electrnicos con microprocesador en la medida de otras
variables, tales como la presin y la temperatura, permite aadir
"inteligencia" en la medida del nivel, y obtener exactitudes en la
lectura altas, del orden del 0,2%, en el inventario de materias
primas o finales o en transformacin en los tanques del proceso.Los
instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de
lquidos y de slidos, que son dos mediciones claramente
diferenciadas.Medidores de nivel de lquidos.Los medidores de nivel
de lquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura de lquido
sobre una lnea de referencia, bien la presin hidrosttica, bien el
desplazamiento producido en un flotador por el propio lquido
contenido en el tanque del proceso, bien aprovechando
caractersticas elctricas del lquido o bien utilizando otros
fenmenos. Los aparatos que miden el nivel aprovechando la presin
hidrosttica son: Medidor manomtrico Medidor de tipo burbujeo
Medidor de presin diferencial de diafragma El empuje producido por
el propio lquido lo aprovecha el medidor de desplazamiento. Los
instrumentos que utilizan las caractersticas elctricas del lquido
son: Medidor resistivo/conductivo Medidor capacitivo Medidor
ultrasnico Medidor de radar o microondas Medidor de radiacin
Medidor de lserY los que se basan en otros fenmenos: Medidor ptico
VibratorioInstrumentos de medida directa.El medidor de sonda
consiste en una varilla o regla graduada de la longitud conveniente
para introducirla dentro del depsito. La determinacin del nivel se
efecta por lectura directa de la longitud mo-jada por el lquido. En
el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presin
atmosfrica. Se uliza, generalmente, en tanques de fuel-oil o
gasolina.
Fig. 3.1 Medidor de sondaOtro medidor consiste en una varilla
graduada con un gancho que se sumerge en el seno del lquido y se
levanta despus hasta que el gancho rompe la superficie del lquido.
La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del
tanque representa indirectamente el nivel. Se emplea en tanques de
agua a presin atmosfrica. Otro sistema parecido es el medidor de
cinta graduada y plomada, representado en la figura 3.1c, que se
emplea cuando es difcil que la regla graduada tenga acceso al fondo
del tanque. Se lanza la cinta con la plomada hasta que toca la
superficie del lquido o hasta que toca el fondo del tanque. La
marca del lquido en la cinta indica el nivel. El nivel de cristal
consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques
metlicos y cerrados por prensaestopas que estn unidos al tanque,
generalmente, mediante tres vlvulas, dos de cierre de seguridad en
los extremos del tubo para impedir el escape del lquido, en caso de
rotura del cristal, y una de purga (Fig. 3.2).El nivel de cristal
normal (Fig. 3.2a) se emplea para presiones de hasta 7 bar. A
presiones ms elevadas el cristal es grueso, de seccin rectangular y
est protegido por una armadura metlica (Fig. 3.2b). En otro tipo de
medidor de nivel la lectura del nivel se efecta con un cristal a
reflexin o bien por transparencia. En el primer caso, que puede
verse en la Fig. 3.2c, el vidrio en contacto con el lquido est
provisto de ranuras longitudinales que actan como prismas de
reflexin indicando la zona de lquido con un color oscuro casi negro
y la zona superior en contacto con el vapor de color claro. En la
lectura por transparencia (Fig. 3.2d) empleada para apreciar el
color, caractersticas del lquido, ste est contenido entre dos
placas de vidrio planas y paralelas que permiten ver directamente
el nivel, mejorndose la apreciacin visual al acoplar una lmpara de
iluminacin al sistema.
Fig 3.2 Nivel de cristal.Los niveles de vidrio son susceptibles
de ensuciarse por las caractersticas del lquido que miden,
impidiendo que el nivel pueda apreciarse claramente. Entre los
lquidos que presentan este inconveniente figuran el caramelo y los
lquidos pegajosos. El nivel de vidrio slo permite una indicacin
local, si bien pueden emplearse espejos para lectura a distancias
limitadas o bien utilizar cmaras de televisin para mayores
distancias de transmisin. Su ventaja principal es la gran seguridad
que ofrece en la lectura del nivel del lquido pudiendo controlar
con ellos la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel. Se
utilizan niveles de vidrio con camisa para calefaccin o
refrigeracin en el caso de productos muy viscosos o voltiles o
cuando las temperaturas de proceso son inferiores a 0 C. Los
instrumentos de flotador (Fig. 3.3) consisten en un flotador
situado en el seno del lquido y conectado al exterior del tanque
indicando directamente el nivel. La conexin puede ser directa,
magntica o hidrulica. El flotador conectado directamente est unido
por un cable que desliza en un juego de poleas a un ndice exterior
que seala sobre una escala graduada. Es el modelo ms antiguo y el
ms utilizado en tanques de gran capacidad, tales como los de
fuel-oil y gas-oil. Tiene el inconveniente de que las partes mviles
estn expuestas al fluido y pueden romperse, y de que el tanque no
puede estar sometido a presin. Adems, el flotador debe mantenerse
limpio. La escala est graduada de forma inversa, es decir, cuando
el tanque est lleno, el ndice exterior est en la parte inferior de
la escala y seala el 100% del nivel, y cuando est vaco seala el 0%
con el ndice situado en la parte superior.El indicador de nivel
magntico se basa en el seguimiento magntico de un flotador que
desliza por un tubo gua y que con ene un potente electroimn. Hay
dos modelos bsicos: 1. Flotador tubo gua situados verticalmente en
el interior del tanque. Dentro del tubo, una pieza magntica sigue
al flotador en su movimiento y mediante un cable y un juego de
poleas arrastra el ndice de un instrumento situado en la parte
superior del tanque. El instrumento puede, adems, incorporar un
transmisor neumtico, electrnico o digital. Su repetibilidad es de
0,01 o 0,4 mm.2. Flotador que desliza a lo largo de un tubo gua
sellado acoplado externamente al tanque. El flotador contiene un
potente imn y, en la parte externa, hay un tubo de vidrio no poroso
hermticamente sellado, dotado de un indicador fluorescente o de
pequeas cintas magnticas que siguen el campo magntico del
flotador.
Fig. 3.3 Instrumentos de nivel de flotador directo y magntico.A
medida que el nivel sube o baja las cintas giran y, como tienen
colores distintos en su anverso y reverso, visualizan directamente
el nivel del tanque. El instrumento puede tener interruptores de
alarma y transmisor incorporados. Se utilizan en sustitucin de los
niveles de vidrio cuando se dan algunas de las siguientes
condiciones:a) La presin es superior a 25 bar. b) Existe la
probabilidad de rotura del vidrio por las condiciones de los
lquidos (caso de altas presiones, muy bajas temperaturas, etc.).c)
Es preciso evitar el escape de gases txicos, lquidos inflamables,
etc.d) Los depsitos o tanques a medir estn enterrados, o bien
cuando es necesario ver el nivel a distancia.e) Los lquidos son
sucios o viscosos (asfaltos, residuos de vaco, crudos, etc.).Estos
instrumentos son adecuados en la medida de niveles en tanques
abiertos y cerrados a presin o al vaco, y son independientes del
peso especfico del lquido. Por otro lado, el flotador puede
agarrotarse en el tubo gua por un eventual depsito de los slidos o
cristales que el lquido pueda contener y, adems, los tubos gua muy
largos pueden daarse ante olas bruscas en la superficie del lquido
o ante la cada violenta del lquido en el tanque. Su exactitud es de
0,5%.Instrumentos basados en caractersticas elctricas del lquido.El
medidor de nivel conductivo o resistivo (Fig. 3.5) consiste en uno
o varios electrodos y un circuito electrnico que excita un rel
elctrico o electrnico al ser los electrodos mojados por el lquido.
Este debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el
circuito electrnico, y de este modo el aparato puede discriminar la
separacin entre el lquido y su vapor, tal como ocurre, por ejemplo,
en el nivel de agua de una caldera de vapor. La impedancia mnima es
del orden de los 25 MW/cm, y la tensin de alimentacin entre los
electrodos y el tanque es alterna para evitar fenmenos de oxidacin
en las sondas, por causa del fenmeno de la electrlisis.
Fig. 3.5 Medidor de nivel resistivo.El rel electrnico dispone de
un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola
del nivel del lquido o ante cualquier perturbacin momentnea, o bien
en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados
elctricamente en el circuito. El instrumento se emplea como alarma
o control de nivel alto y bajo, y con la sensibilidad ajustable
permite detectar la presencia de espuma en el lquido.
Medidor de nivel de ultrasonidos.El sistema ultrasnico de
medicin de nivel (Fig. 3.6) se basa en la emisin de un impulso
ultrasnico a una superficie reflectante y la recepcin del eco del
mismo en un receptor. El retardo en la captacin del eco depende del
nivel del tanque.Si el sensor se coloca en el fondo del tanque,
enva un impulso elctrico que es convertido mediante un transductor
(cristal piezoelctrico) a un impulso ultrasnico de corta duracin,
que es transmitido a travs de la pared del tanque hacia el lquido.
El impulso se refleja en la superficie del lquido y retorna hasta
el transductor ultrasnico.El mtodo ultrasnico tambin es til para
determinar si en un tanque o una tubera hay o no lquido, ya que el
tipo de eco es distinto. En otra aplicacin, el transductor est
montado en la pared del tanque y dirige el impulso hacia arriba en
un ngulo determinado y el receptor se encuentre en la misma pared,
pero ms arriba, con lo que el sistema permite captar la existencia
de lquido a una cierta altura del tanque, siendo la aplicacin ms
til en la deteccin en el nivel superior y en el fondo del
tanque.
Fig. 3.6 Medidor ultrasnico.
Medidor de nivel de radar.El sistema de radar de microondas se
basa en la emisin continua de una onda electromagntica, tpicamente
dentro del intervalo de los rayos X (10 GHz). El sensor est situado
en la parte superior del tanque y enva las microondas hacia la
superficie del lquido. Una parte de la energa enviada es reflejada
en la superficie del lquido y la capta el sensor. El tiempo
empleado por las microondas es funcin del nivel en el tanque.
Fig. 3.7 Medidor de nivel de radar.El sistema de medida del
nivel tipo radar es adecuado para asfaltos, parafinas y productos
muy densos o viscosos, que no sean homogneos y sufran
estratificaciones.Las caractersticas tpicas de los medidores de
radar son: Repetitividad + 1 mm. Exactitud para tanques en general
+ 5 mm. Exactitud para tanques de entrega de productos a facturar +
1 mm.Medidor de nivel de lser.En aplicaciones donde las condiciones
son muy duras, y donde los instrumentos de nivel convencionales
fallan, encuentra su aplicacin el medidor lser. Tal es el caso de
la medicin de metal fundido, donde la medida del nivel debe
realizarse sin contacto con el lquido y a la mayor distancia
posible por existir unas condiciones de calor extremas. El sistema
mide el nivel de forma parecida al medidor de nivel de ultrasonidos
con la diferencia de que emplea la luz en lugar del sonido.
Consiste en un rayo lser enviado a travs de un tubo de acero y
dirigido por reflexin en un espejo sobre la superficie del metal
fundido. La seal puede ser por impulsos o por onda continua
modulada en alta frecuencia. En el primer caso, cada impulso de
lser llega hasta el nivel de lquido y regresa al receptor.
Fig. 3.8 Medidor de nivel laser.
Otros fenmenosEl detector de nivel ptico opera mediante la
transmisin, reflexin o refraccin de luz visible, infrarroja o lser,
basndose en el principio de diferencia de ndices de refraccin entre
el lquido y el gas o vapor presente en su superficie. El detector
de nivel vibratorio consiste en una horquilla que vibra a su
frecuencia de resonancia. Cuando la horquilla es mojada por el
lquido reduce su frecuencia, con lo que un circuito electrnico
cierra o abre un contacto o excita un microprocesador compatible
con salida TTL o un transistor de alta potencia. El detector de
nivel trmico o de dispersin trmica consiste en dos sondas de
resistencia, una de las cuales se calienta y la otra est a la
temperatura del proceso, con lo que proporcionan dos resistencias
diferentes. Cuando no hay lquido, la diferencia es mayor y cuando
aumenta el nivel y moja las dos sondas, la sonda caliente se
refrigera y se reduce la diferencia de temperaturas. Un circuito
electrnico convierte la diferencia de resistencias en una seal en
voltios de c.c. que excitan un contacto SPDT (conmutador unipolar)
o DPDT (conmutador bipolar). El instrumento tambin puede utilizarse
para detectar interfases de lquidos.
Medidores de nivel de slidosEn los procesos continuos, la
industria ha ido exigiendo el desarrollo de instrumentos capaces de
medir el nivel de slidos en puntos fijos o de forma continua, en
particular en los tanques o silos destinados a contener materias
primas o productos finales.Los detectores de nivel de punto fijo
proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos determinados.
Los sistemas ms empleados son el diafragma, los interruptores de
nivel alto con sonda, el capacitivo, las paletas rotativas, el de
vibracin y el medidor de radar de microondas. Los medidores de
nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel desde el
punto ms bajo al ms alto.
Detectores de nivel de punto fijoEl detector de diafragma (Fig.
4.1) consiste en una membrana flexible que puede entrar en contacto
con el producto dentro del tanque. El material del diafragma puede
ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio. El medidor de
diafragma tiene la ventaja de su bajo coste y trabaja bien con
materiales de muy diversa densidad. La exactitud es de 50 mm.
Fig. 4.1 Medidor de diafragma.El medidor capacitivo es un
detector de proximidad capacitivo, dotado de un circuito oscilante
RC que est ajustado en un punto crtico y que entra en oscilacin
cuando se encuentra prximo al lecho del slido. El aparato se monta
en el tanque, en posicin vertical o inclinada, y su sensibilidad se
coloca al mnimo para evitar el riesgo de excitacin del aparato en
el caso de que una mnima cantidad del slido pueda depositarse en el
detector. La exactitud es de 25 mm.El detector de vibracin (Fig.
4.2) consiste en una sonda de vibracin en forma de horquilla que
forma parte de un sistema resonante mecnico excitado
piezoelctricamente. Cuando el material entra en contacto con la
sonda amorgua su vibracin, lo que detecta el circuito electrnico
actuando sobre un rel y una alarma al cabo de un tiempo de retardo
ajustable. Algunos instrumentos disponen de un sistema
autolimpiante que impide el bloqueo de la sonda por el producto. Es
adecuado para una gran variedad de polvos, carbn, azcar, grano,
cemento y arena. La exactitud es del 1%.
Fig. 4.2 Detector de vibracin.El medidor de radar de microondas,
similar al de medida de nivel de lquidos, consta de una fuente de
microondas, situada a un lado del recipiente, y un detector en el
lado opuesto, en la misma horizontal. Cuando el producto alcanza
dicha horizontal, la seal deja de recibirse y se excita una alarma.
Se aplica en la deteccin de bajo nivel de slidos abrasivos.
Detectores de nivel continuosEl medidor de nivel de sondeo
electromecnico, representado en la Fig. 4.3, consiste en un pequeo
peso mvil 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. ste baja suavemente en el
interior de la tolva hasta que choca contra el lecho de slidos. En
este instante, el cable se afloja y un detector adecuado invierte
el sentido del movimiento del peso con lo que ste asciende hasta la
parte superior de la tolva, donde se para, repitindose el ciclo
nuevamente. Un indicador exterior seala el punto donde el peso ha
invertido su movimiento, indicando as el nivel en aquel momento. El
instrumento se caracteriza por su sencillez, puede emplearse en el
control de nivel, pero debe ser muy robusto mecnicamente para
evitar una posible rotura del conjunto dentro de la tolva, lo que
podra dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.
La exactitud es del 1%.
Fig. 4.3 Medidor de sondeo electromecnico.
El medidor de nivel de bscula (Fig. 4.4) mide el nivel de slidos
indirectamente a travs del peso del conjunto tolva ms producto;
como el peso de la tolva es conocido, es fcil 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 una bscula o bien
carga sobre otros elementos de medida neumticos, hidrulicos o
elctricos (galga extensiomtrica y microprocesador).
Fig. 4.4 Medidor de bscula.
De estos elementos, uno de los ms empleados es el de galga
extensiomtrica. El sistema es relativamente caro, en particular en
el caso de grandes tolvas, pudiendo trabajar a altas presiones y
temperaturas. Su exactitud depende del sensor utilizado, pudiendo
variar del 0,5% al 1%.El medidor de nivel capacitivo (Fig. 4.5)
tiene ms posibilidades de error por la mayor adherencia que puede
presentar el slido en la varilla capacitiva. La lectura viene
influida, adems, por las variaciones de densidad del slido. La
varilla del medidor est aislada y situada verticalmente en el
tanque y bien asegurada mecnicamente para resistir la cada del
producto y las fuerzas generadas en los deslizamientos internos del
slido.
Fig. 4.5 Medidor capacitivo.La medida est limitada a materiales,
en forma granular o en polvo, que sean buenos aislantes, la presin
y temperatura mximas de servicio pueden ser de 50 bar y 150 C y el
aparato debe calibrarse para cada tipo de material. Su precisin es
de unos 15 mm aproximadamente.El medidor de nivel de ultrasonidos
(Fig. 4.6) consiste en un emisor de ultrasonidos que enva un haz
horizontal a un receptor colocado al otro lado del tanque. Si el
nivel de slidos est ms bajo que el haz, el sistema entra en
oscilacin enclavando un rel. Cuando los slidos interceptan el haz,
el sistema deja de oscilar y el rel se des excita actuando sobre
una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depsito.
Disponiendo el haz de ultrasonidos en direccin vertical, el
instrumento puede actuar como indicacin continua del nivel,
midiendo el tiempo de trnsito de un impulso ultrasnico 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 slidos reflejan, en mayor o menor
grado, los ultrasonidos, el sistema es adecuado para la mayor parte
de los slidos 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 ntida, el sistema es
susceptible de dar seales errneas. Su exactitud es de, 0,15 a, 1%,
puede construirse a prueba de explosin, pudiendo trabajar a
temperaturas de hasta 150 C.
Fig. 4.6 Medidor de ultrasonidos.El medidor de radar de
microondas Fig. 4.7), similar al de nivel de lquidos, consta de una
fuente de microondas situada en la parte superior del tanque que
emite un haz de microondas que se refleja sobre el slido y es
captado por un detector. El sistema es ideal en productos muy
viscosos como el asfalto. Su exactitud es de 2 mm y su campo de
medida puede llegar a 40 metros.
Fig. 4.7 Medidor de radar.El medidor de nivel lser (Fig. 4.8)
enva impulsos desde el sensor hasta el nivel de slido y capta el
impulso reflejado, calculando la distancia por la multiplicacin
entre la velocidad de la luz y la mitad del tiempo que ha tardado
el haz entre el emisor y el receptor del pulso, despus de
reflejarse ste en la superficie del slido. Tiene la ventaja de que
no hay dispersin del haz de luz (solo 0,2), no existen falsos ecos
y el haz puede dirigirse hasta distancias de 75 m y a espacios tan
pequeos como 25 cm2. Su exactitud es del 1%.
Fig. 4.8 Medidor laser.