Elementos electroneumáticos. Tanto Tanto los controles neumáticos neumáticos como los electroneumáticos electroneumáticos tienen una sección de potencia neumática (Véase Fig. 1.1 y Fig. 1.2). La sección de control de señales vara seg!n el tipo. " "
#n un un contro controll neumáti neumático co se se utili$a utili$an n compon componentes entes de mando mando neumá neumáticos ticos%% es decir% varios tipos de válvulas% secuenciadores% &arreras de aire% etc. #n un cont contro roll elec electr tron oneu eumá máti tico co%% la secció sección n de contr control ol se rea eali li$a $a con comp compon onen ente tess eléc eléctr tric icos os%% por por e'em e'empl plo% o% con con puls pulsad ador ores es de entr entrad ada a eléctr elé ctrico icos% s% detect detector ores es de pro proim imida idad% d% relés relés o con con un contr control ol lógico lógico programa&le.
Las válvulas distri&uidoras orman el interace entre la sección de con"trol de señales y la sección de potencia neumática en am&os tipos de control.
Fig. 1.1 Flujo de señales y componentes de un sistema de control neumático.
Fig. 1.2 Flujo de señales y componentes de un sistema de control electroneumático.
Los elementos elementos electro electromecá mecánicos nicos de presió presión n utili$an utili$an un elemento elemento mecánico mecánico com&inado con un transductor eléctrico% *ue genera la correspondiente señal eléctrica. #l elemento mecánico consiste en un tu&o +ourdon% espiral% ,élice% diaragma% uelle o una com&inación de los mismos *ue a través de un sistema de pala palanc ncas as conv convie iert rte e la pres presió ión n en una una uer uer$a $a o en un desp despla la$a $ami mien ento to mecánico. Los elementos electromecánicos se clasi-can seg!n el principio de unciona uncionamient miento o en los siguiente siguientess tipos tipos res resistiv istivos% os% magnético magnéticos% s% capacitiv capacitivos% os% etensométricos etensométricos y pie$oeléctricos. pie$oeléctricos. Los Los ele elemen mentos tos resis resistiv tivos os están están const constitu ituido idoss de un ele elemen mento to elá elást stico ico (tipo (tipo +ourdon o cápsula) *ue vara la resistencia de un potenciómetro en unción de la presión. #l potenciómetro potenciómetro puede adoptar la orma de un sólo ,ilo continuo% o &ien estar arrollado a una &o&ina siguiendo un valor lineal o no de resistencia.
Fig. 1.3 Elemento resistivo
#l movimiento del elemento de presión se transmite a un &ra$o móvil aislado *ue se apoya so&re el potenciómetro de precisión. /ste está conectado a un circuito de puente de 0,eatstone. n puente de 0,eatstone e utili$a para medir resistencias desconocidas mediante el e*uili&rio de los &ra$os del puente. #stos están constituidos por cuatro resistencias *ue orman un circuito cerrado% siendo una de ellas la resistencia de &a'as medidas. Los elementos de inductancia varia&le utili$an el transormador dierencial varia&le lineal (LV3T 4 Linear Varia&le 3ierencial Transormer) *ue proporciona una señal en c.a. proporcional al movimiento de una armadura de material magnético situada dentro de un imán permanente o una &o&ina *ue crea un campo magnético. 5l cam&iar la posición de la armadura% por un cam&io en la presión del proceso% vara el 6u'o magnético. #sta variación del 6u'o da lugar a una corriente inducida en la &o&ina *ue es% por tanto% proporcional al grado de despla$amiento de la armadura móvil. Los elementos de reluctancia varia&le se &asan en el despla$amiento mecánico% de&ido a la presión% de un n!cleo magnético situado en el interior de una o dos &o&inas. #stas &o&inas están conectadas a un puente de c.a. y la tensión de salida es proporcional a la presión del 6uido. #l sensor está conectado a un puente alimentado por una tensión alterna de recuencias entre 1 78$ a 19 78$. La variación de la reluctancia magnética produce una modulación de inductancia eectiva *ue es unción de la presión del 6uido. Los elementos capacitivos se &asan en la variación de capacidad *ue se produce en un condensador al despla$arse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene orma de diaragma y se encuentra situada entre dos placas -'as. 3e este modo% se tienen dos condensadores uno de capacidad -'a o de reerencia y el otro de capacidad varia&le% *ue pueden compararse en circuitos oscilantes o &ien en circuitos de puente de 0,eatstone alimentados con corriente alterna.
Fig 1.5 Transductor de reluctancia variable.
Fig 1.6 Transductor capacitivo.
Los elementos de galgas etensiométricas se &asan en la variación de longitud y de diámetro% y por lo tanto de resistencia% *ue tiene lugar cuando un ,ilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión. #isten dos tipos de galgas etensiométricas% galgas cementadas% ormadas por varios &ucles de ,ilo muy -no *ue están pegados a una ,o'a &ase de cerámica% papel o plástico% y galgas sin cementar% donde los ,ilos de resistencia descansan entre un arma$ón -'o y otro móvil &a'o una ligera tensión inicial. La aplicación de presión estira o comprime los ,ilos% seg!n sea la disposición *ue el a&ricante ,aya adoptado% modi-cando la resistencia de los mismos. Las galgas etensiométricas tienen una respuesta recuencial ecelente y pueden utili$arse en medidas estáticas y dinámicas. :o son in6uidas por campos magnéticos% pero presentan una señal de salida dé&il% son muy
sensi&les a vi&raciones y tienen una esta&ilidad dudosa a lo largo del tiempo de uncionamiento. Los elementos pie$oeléctricos son materiales cristalinos *ue% al deormarse sicamente por la acción de una presión% generan un potencial eléctrico. 3os materiales tipicos en los transductores pie$oeléctricos son el cuar$o y el titanato de &ario% capaces de soportar temperaturas del orden de 1;9 <= en servicio continuo y de 2>9 <= en servicio intermitente. on elementos ligeros% de pe*ueño tamaño y de construcción ro&usta. u señal de respuesta a una variación de presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas% al ser capaces de respuestas recuenciales de ,asta un millón de ciclos por segundo. Tienen la desventa'a de ser sensi&les a los cam&ios en la temperatura y de eperimentar deriva en el cero y precisar a'uste de impedancias en caso de uerte c,o*ue. 5simismo% su señal de salida es relativamente dé&il% por lo *ue precisan de ampli-cadores y acondicionadores de señal *ue pueden introducir errores en la medición. Los elementos de pelcula delgada son sensores pie$oresistivos% adecuados para presiones superiores a 2; &ar% *ue consisten en mem&ranas cu&iertas con una capa de resistencia% cuyo valor cam&ia con la aplicación de presión. La mem&rana de acero inoida&le con ene una capa de aislamiento de i?2 de un espesor de @"A mm. o&re dic,a capa de resistencia se cauteri$an las &andas etensiométricas y se van depositando otras capas% todo ello utili$ando la tecnologa de pelcula delgada. La deormación de la mem&rana es mnima% del orden de micras% por lo *ue posee &uenas caractersticas dinámicas. Las &andas en n!mero de cuatro se conectan a un puente de 0,eatstone.
Fig. 1.6 iagrama de un elemento pie!oel"ctrico.
#lementos electrónicos de vaco. Los elementos electrónicos de vaco se emplean para la medida de alto vaco% son muy sensi&les y se clasi-can en los siguientes tipos B Cedidor CcLeod. B Cecánicos D Tu&o +ourdon% uelle y diaragma. B Eropiedades de un gas D =onductividad térmica. B Térmicos D Termopar% Eirani% &imetal. B oni$ación D Filamento caliente% cátodo ro. #l medidor CcLeod se utili$a como aparato primario de cali&ración de los restantes instrumentos. e &asa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un volumen más pe*ueño y a mayor presión mediante una columna de mercurio en un tu&o capilar de volumen conocido. La presión del gas se deduce aplicando la ley de +oyle"Cariotte. u intervalo de medida es de 1 a 19"@ mm 8g. 3e&ido a la compresión *ue se reali$a en la medida no puede utili$arse para vapores.
Fig. 2.1 #edidor #c$ead
#l tu&o +ourdon com&ina la medida de presión y vaco con la escala dividida en dos partes% a la i$*uierda el vaco (cm de 8g y pulgadas de mercurio) y a la derec,a 7gGcm2 (&ar) y psi.
Fig 2.1 Tubo de %ourdon de medida de presi&n y vac'o.
Los elementos mecánicos de uelle y de diaragma tra&a'an en orma dierencial entre la presión atmosérica y la del proceso. Eueden estar compensados con relación a la presión atmosérica y cali&rados en unidades a&solutas. 5l ser dispositivos mecánicos% las uer$as disponi&les a presiones del gas muy &a'as son tan pe*ueñas *ue estos instrumentos no son adecuados para la medida de alto vaco% estando limitados a valores de 9%99991 mm 8g a&s. Eueden llevar acoplados elementos eléctricos del tipo de galga etensiométrica o capacitivos.
Fig. 2.2 #edidor de vac'o de capacitancia con dia(ragma.
Los aparatos &asados en las propiedades de un gas miden la conductividad térmica o la viscosidad. #stos parámetros varan de orma no lineal con la presión y dependen de la composición del gas% por lo *ue son ineactos. Tra&a'an entre 199 mm 8g a&s y 9%9991 mm 8g a&s. Los elementos térmicos se &asan en el principio de la proporcionalidad entre la energa disipada desde la super-cie caliente de un -lamento calentado por una corriente constante y la presión del gas am&iente cuando el gas está a &a'as presiones a&solutas. on el elemento térmico de termopar% el elemento Eirani y el elemento &imetálico.
Fig. 2.3 Transductores t"rmicos.
#l elemento de termopar mide presiones entre 19 mm 8g y 9%991 mm 8g mediante la medición de las tensiones generadas en una serie de termopares soldados a un -lamento caliente epuesto al gas. #l -lamento alcan$a una temperatura de e*uili&rio *ue viene determinada por la cantidad de energa etrada del gas. 5 presiones más altas% más moléculas del gas c,ocan contra el -lamento y etraen más energa *ue a &a'as temperaturas% con lo cual aumenta la .e.m. del termopar. #n el elemento Eirani% dos -lamentos de platino (reerencia y medida) orman parte de dos &ra$os de un puente de 0,eatstone. #l -lamento de reerencia está inmerso en un gas conocido a presión constante% mientras *ue el -lamento de medida está epuesto al gas a valorar. Los -lamentos se calientan a través del puente y se mantienen a una temperatura constante. Las moléculas del gas *ue c,ocan contra el elemento de medida etraen energa *ue es detectada y sustituida por el circuito de realimentación. =u&ren el intervalo de presiones de 19 mm 8g a 19"; mm 8g. #l elemento de convección tiene la misma estructura *ue el de termopar o el Eirani% con la dierencia de *ue la convección natural de los gases etrae el calor del -lamento caliente. ntervalo de medida de 19 mm 8g a 1 atmósera. Los elementos de ioni$ación se &asan en la ormación de los iones *ue se producen en las colisiones *ue eisten entre moléculas y electrones (o &ien partculas ala en el tipo de radiación). La velocidad de ormación de estos iones% es decir la corriente iónica% vara directamente con la presión. Los orman el elemento de -lamento caliente y el elemento de cátodo ro. =u&ren el intervalo desde 19"@ y 19"H mm 8g a&s. Los elementos de cátodo (-lamento) caliente (+ayardG5lpert (+"5) and c,ul$" E,elps ("E)) emiten electrones termoiónicos *ue ioni$an las moléculas de gas residual contra las *ue c,ocan. La corriente al colector (1;9 V) vara con la densidad del gas% es decir con el n!mero de moléculas por unidad de volumen (cc)% lo *ue es una medida directa de la presión del gas.
Fig 2.) Elementos de ioni!aci&n.
Los elementos de cátodo (-lamento) ro están &asados en una descarga mantenida por un campo magnético eterno *ue uer$a a los electrones a seguir una trayectoria en ,élice con una alta pro&a&ilidad de ioni$ar el gas residual. #l n!mero de iones captados determina la presión del gas. no de los modelos es el llamado magnetrón invertido *ue puede medir de 1 a 19"11 mm 8g a&s% si &ien% su puesta en marc,a a &a'a presión puede ser de ,oras o das. 5nali$adores de gas residual son espectrómetros especiales de masa *ue se sit!an en una cámara al vaco y *ue tra&a'an en el valor de 19"@ mm 8g a&s.
#edici&n de nivel
#n la industria% la medición de nivel es muy importante% tanto desde el punto de vista del unciona"miento correcto del proceso como de la consideración del &alance adecuado de materias primas o de productos -nales. La utili$ación de instrumentos electrónicos con microprocesador en la medida de otras varia&les% tales como la presión y la temperatura% permite añadir IinteligenciaI en la medida del nivel% y o&tener eactitudes en la lectura altas% del orden del J 9%2K% en el inventario de materias primas o -nales o en transormación en los tan*ues del proceso. Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de l*uidos y de sólidos% *ue son dos mediciones claramente dierenciadas. #edidores de nivel de l'*uidos.
Los medidores de nivel de l*uidos tra&a'an midiendo% &ien directamente la altura de l*uido so&re una lnea de reerencia% &ien la presión ,idrostática% &ien el despla$amiento producido en un 6otador por el propio l*uido contenido en el tan*ue del proceso% &ien aprovec,ando caractersticas eléctricas del l*uido o &ien utili$ando otros enómenos. Los aparatos *ue miden el nivel aprovec,ando la presión ,idrostática son B Cedidor manométrico B Cedidor de tipo &ur&u'eo B Cedidor de presión dierencial de diaragma #l empu'e producido por el propio l*uido lo aprovec,a el medidor de despla$amiento. Los instrumentos *ue utili$an las caractersticas eléctricas del l*uido son B Cedidor resistivoGconductivo B Cedidor capacitivo B Cedidor ultrasónico B Cedidor de radar o microondas B Cedidor de radiación B Cedidor de láser los *ue se &asan en otros enómenos B Cedidor óptico B Vi&ratorio Instrumentos de medida directa.
#l medidor de sonda consiste en una varilla o regla graduada de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación del nivel se eect!a por lectura directa de la longitud mo"'ada por el l*uido. #n el momento de la lectura el tan*ue de&e estar a&ierto a presión atmosérica. e uli$a% generalmente% en tan*ues de uel"oil o gasolina.
Fig. 3.1 #edidor de sonda
?tro medidor consiste en una varilla graduada con un ganc,o *ue se sumerge en el seno del l*uido y se levanta después ,asta *ue el ganc,o rompe la super-cie del l*uido. La distancia desde esta super-cie ,asta la parte superior del tan*ue representa indirectamente el nivel. e emplea en tan*ues de agua a presión atmosérica. ?tro sistema parecido es el medidor de cinta graduada y plomada% representado en la -gura >.1c% *ue se emplea cuando es dicil *ue la regla graduada tenga acceso al ondo del tan*ue. e lan$a la cinta con la plomada ,asta *ue toca la super-cie del l*uido o ,asta *ue toca el ondo del tan*ue. La marca del l*uido en la cinta indica el nivel. #l nivel de cristal consiste en un tu&o de vidrio con sus etremos conectados a &lo*ues metálicos y cerrados por prensaestopas *ue están unidos al tan*ue% generalmente% mediante tres válvulas% dos de cierre de seguridad en los etremos del tu&o para impedir el escape del l*uido% en caso de rotura del cristal% y una de purga (Fig. >.2). #l nivel de cristal normal (Fig. >.2a) se emplea para presiones de ,asta M &ar. 5 presiones más elevadas el cristal es grueso% de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica (Fig. >.2&). #n otro tipo de medidor de nivel la lectura del nivel se eect!a con un cristal a re6eión o &ien por transparencia. #n el primer caso% *ue puede verse en la Fig. >.2c% el vidrio en contacto con el l*uido está provisto de ranuras longitudinales *ue act!an como prismas de re6eión indicando la $ona de l*uido con un color oscuro casi negro y la $ona superior en contacto con el vapor de color claro. #n la lectura por transparencia (Fig. >.2d) empleada para apreciar el color% caractersticas del l*uido% éste está contenido entre dos placas de vidrio planas y paralelas *ue permiten ver directamente el nivel% me'orándose la apreciación visual al acoplar una lámpara de iluminación al sistema.
Fig 3.2 +ivel de cristal.
Los niveles de vidrio son suscepti&les de ensuciarse por las caractersticas del l*uido *ue miden% impidiendo *ue el nivel pueda apreciarse claramente. #ntre los l*uidos *ue presentan este inconveniente -guran el caramelo y los l*uidos pega'osos. #l nivel de vidrio sólo permite una indicación local% si &ien pueden emplearse espe'os para lectura a distancias limitadas o &ien utili$ar cámaras de televisión para mayores distancias de transmisión. u venta'a principal es la gran seguridad *ue orece en la lectura del nivel del l*uido pudiendo controlar con ellos la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel. e utili$an niveles de vidrio con camisa para caleacción o rerigeración en el caso de productos muy viscosos o volátiles o cuando las temperaturas de proceso son ineriores a 9 <=. Los instrumentos de 6otador (Fig. >.>) consisten en un 6otador situado en el seno del l*uido y conectado al eterior del tan*ue indicando directamente el nivel. La coneión puede ser directa% magnética o ,idráulica. #l 6otador conectado directamente está unido por un ca&le *ue desli$a en un 'uego de poleas a un ndice eterior *ue señala so&re una escala graduada. #s el modelo más antiguo y el más utili$ado en tan*ues de gran capacidad% tales como los de uel"oil y gas"oil. Tiene el inconveniente de *ue las partes móviles están epuestas al 6uido y pueden romperse% y de *ue el tan*ue no puede estar sometido a presión. 5demás% el 6otador de&e mantenerse limpio. La escala
está graduada de orma inversa% es decir% cuando el tan*ue está lleno% el ndice eterior está en la parte inerior de la escala y señala el 199K del nivel% y cuando está vaco señala el 9K con el ndice situado en la parte superior. #l indicador de nivel magnético se &asa en el seguimiento magnético de un 6otador *ue desli$a por un tu&o gua y *ue con ene un potente electroimán. 8ay dos modelos &ásicos 1. Flotador tu&o gua situados verticalmente en el interior del tan*ue. 3entro del tu&o% una pie$a magnética sigue al 6otador en su movimiento y mediante un ca&le y un 'uego de poleas arrastra el ndice de un instrumento situado en la parte superior del tan*ue. #l instrumento puede% además% incorporar un transmisor neumático% electrónico o digital. u repeti&ilidad es de J 9%91 o 9%@ mm. 2. Flotador *ue desli$a a lo largo de un tu&o gua sellado acoplado eternamente al tan*ue. #l 6otador contiene un potente imán y% en la parte eterna% ,ay un tu&o de vidrio no poroso ,erméticamente sellado% dotado de un indicador 6uorescente o de pe*ueñas cintas magnéticas *ue siguen el campo magnético del 6otador.
Fig. 3.3 ,nstrumentos de nivel de -otador directo y magn"tico.
5 medida *ue el nivel su&e o &a'a las cintas giran y% como tienen colores distintos en su anverso y reverso% visuali$an directamente el nivel del tan*ue. #l instrumento puede tener interruptores de alarma y transmisor incorporados. e utili$an en sustitución de los niveles de vidrio cuando se dan algunas de las siguientes condiciones a) La presión es superior a 2; &ar.
&) #iste la pro&a&ilidad de rotura del vidrio por las condiciones de los l*uidos (caso de altas presiones% muy &a'as temperaturas% etc.). c) #s preciso evitar el escape de gases tóicos% l*uidos in6ama&les% etc. d) Los depósitos o tan*ues a medir están enterrados% o &ien cuando es necesario ver el nivel a distancia. e) Los l*uidos son sucios o viscosos (asaltos% residuos de vaco% crudos% etc.). #stos instrumentos son adecuados en la medida de niveles en tan*ues a&iertos y cerrados a presión o al vaco% y son independientes del peso espec-co del l*uido. Eor otro lado% el 6otador puede agarrotarse en el tu&o gua por un eventual depósito de los sólidos o cristales *ue el l*uido pueda contener y% además% los tu&os gua muy largos pueden dañarse ante olas &ruscas en la super-cie del l*uido o ante la cada violenta del l*uido en el tan*ue. u eactitud es de J 9%;K. Instrumentos basados en características eléctricas del líquido.
#l medidor de nivel conductivo o resistivo (Fig. >.;) consiste en uno o varios electrodos y un circuito electrónico *ue ecita un relé eléctrico o electrónico al ser los electrodos mo'ados por el l*uido. #ste de&e ser lo su-cientemente conductor como para ecitar el circuito electrónico% y de este modo el aparato puede discriminar la separación entre el l*uido y su vapor% tal como ocurre% por e'emplo% en el nivel de agua de una caldera de vapor. La impedancia mnima es del orden de los 2; C0Gcm% y la tensión de alimentación entre los electrodos y el tan*ue es alterna para evitar enómenos de oidación en las sondas% por causa del enómeno de la electrólisis.
Fig. 3.5 #edidor de nivel resistivo.
#l relé electrónico dispone de un tempori$ador de retardo *ue impide su enclavamiento ante una ola del nivel del l*uido o ante cual*uier pertur&ación momentánea% o &ien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el circuito. #l instrumento se emplea como
alarma o control de nivel alto y &a'o% y con la sensi&ilidad a'usta&le permite detectar la presencia de espuma en el l*uido.
Medidor de nivel de ultrasonidos.
#l sistema ultrasónico de medición de nivel (Fig. >.A) se &asa en la emisión de un impulso ultrasónico a una super-cie re6ectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. #l retardo en la captación del eco depende del nivel del tan*ue. i el sensor se coloca en el ondo del tan*ue% enva un impulso eléctrico *ue es convertido mediante un transductor (cristal pie$oeléctrico) a un impulso ultrasónico de corta duración% *ue es transmitido a través de la pared del tan*ue ,acia el l*uido. #l impulso se re6e'a en la super-cie del l*uido y retorna ,asta el transductor ultrasónico. #l método ultrasónico tam&ién es !til para determinar si en un tan*ue o una tu&era ,ay o no l*uido% ya *ue el tipo de eco es distinto. #n otra aplicación% el transductor está montado en la pared del tan*ue y dirige el impulso ,acia arri&a en un ángulo determinado y el receptor se encuentre en la misma pared% pero más arri&a% con lo *ue el sistema permite captar la eistencia de l*uido a una cierta altura del tan*ue% siendo la aplicación más !til en la detección en el nivel superior y en el ondo del tan*ue.
Fig. >.A Cedidor ultrasónico.
Medidor de nivel de radar.
#l sistema de radar de microondas se &asa en la emisión continua de una onda electromagnética% tpicamente dentro del intervalo de los rayos N (19 O8$). #l sensor está situado en la parte superior del tan*ue y enva las microondas ,acia la super-cie del l*uido. na parte de la energa enviada es re6e'ada en la super-cie del l*uido y la capta el sensor. #l tiempo empleado por las microondas es unción del nivel en el tan*ue.
Fig. 3. #edidor de nivel de radar.
#l sistema de medida del nivel tipo radar es adecuado para asaltos% para-nas y productos muy densos o viscosos% *ue no sean ,omogéneos y suran estrati-caciones. Las caractersticas tpicas de los medidores de radar son B Pepetitividad Q 1 mm. B #actitud para tan*ues en general Q ; mm. B #actitud para tan*ues de entrega de productos a acturar Q 1 mm. Medidor de nivel de láser.
#n aplicaciones donde las condiciones son muy duras% y donde los instrumentos de nivel convencionales allan% encuentra su aplicación el medidor láser. Tal es el caso de la medición de metal undido% donde la medida del nivel de&e reali$arse sin contacto con el l*uido y a la mayor distancia posi&le por eistir unas condiciones de calor etremas. #l sistema mide el nivel de orma parecida al medidor de nivel de ultrasonidos con la dierencia de *ue emplea la lu$ en lugar del sonido. =onsiste en un rayo láser enviado a través de un tu&o de acero y dirigido por re6eión en un espe'o so&re la super-cie del metal undido. La señal puede ser por impulsos o por onda continua modulada en alta recuencia. #n el primer caso% cada impulso de láser llega ,asta el nivel de l*uido y regresa al receptor.
Fig. 3./ #edidor de nivel laser.
Otros fenómenos
#l detector de nivel óptico opera mediante la transmisión% re6eión o reracción de lu$ visi&le% inrarro'a o láser% &asándose en el principio de dierencia de ndices de reracción entre el l*uido y el gas o vapor presente en su super-cie. #l detector de nivel vi&ratorio consiste en una ,or*uilla *ue vi&ra a su recuencia de resonancia. =uando la ,or*uilla es mo'ada por el l*uido reduce su recuencia% con lo *ue un circuito electrónico cierra o a&re un contacto o ecita un microprocesador compati&le con salida TTL o un transistor de alta potencia. #l detector de nivel térmico o de dispersión térmica consiste en dos sondas de resistencia% una de las cuales se calienta y la otra está a la temperatura del proceso% con lo *ue proporcionan dos resistencias dierentes. =uando no ,ay l*uido% la dierencia es mayor y cuando aumenta el nivel y mo'a las dos sondas% la sonda caliente se rerigera y se reduce la dierencia de temperaturas. n circuito electrónico convierte la dierencia de resistencias en una señal en voltios de c.c. *ue ecitan un contacto E3T (conmutador unipolar) o 3E3T (conmutador &ipolar). #l instrumento tam&ién puede utili$arse para detectar interases de l*uidos.
#edidores de nivel de s&lidos
#n los procesos continuos% la industria ,a ido eigiendo el desarrollo de instrumentos capaces de medir el nivel de sólidos en puntos -'os o de orma continua% en particular en los tan*ues o silos destinados a contener materias primas o productos -nales. Los detectores de nivel de punto -'o proporcionan una medida en uno o varios puntos -'os determinados. Los sistemas más empleados son el diaragma% los interruptores de nivel alto con sonda% el capacitivo% las paletas rotativas% el de vi&ración y el medidor de radar de microondas. Los medidores de nivel
continuo proporcionan una medida continua del nivel desde el punto más &a'o al más alto.
Detectores de nivel de punto jo
#l detector de diaragma (Fig. @.1) consiste en una mem&rana 6ei&le *ue puede entrar en contacto con el producto dentro del tan*ue. #l material del diaragma puede ser de tela% goma% neopreno o -&ra de vidrio. #l medidor de diaragma tiene la venta'a de su &a'o coste y tra&a'a &ien con materiales de muy diversa densidad. La eactitud es de J ;9 mm.
Fig. ).1 #edidor de dia(ragma.
#l medidor capacitivo es un detector de proimidad capacitivo% dotado de un circuito oscilante P= *ue está a'ustado en un punto crtico y *ue entra en oscilación cuando se encuentra próimo al lec,o del sólido. #l aparato se monta en el tan*ue% en posición vertical o inclinada% y su sensi&ilidad se coloca al mnimo para evitar el riesgo de ecitación del aparato en el caso de *ue una mnima cantidad del sólido pueda depositarse en el detector. La eactitud es de J 2; mm. #l detector de vi&ración (Fig. @.2) consiste en una sonda de vi&ración en orma de ,or*uilla *ue orma parte de un sistema resonante mecánico ecitado pie$oeléctricamente. =uando el material entra en contacto con la sonda amorgua su vi&ración% lo *ue detecta el circuito electrónico actuando so&re un relé y una alarma al ca&o de un tiempo de retardo a'usta&le. 5lgunos instrumentos disponen de un sistema autolimpiante *ue impide el &lo*ueo de la sonda por el producto. #s adecuado para una gran variedad de polvos% car&ón% a$!car% grano% cemento y arena. La eactitud es del J 1K.
Fig. ).2 etector de vibraci&n.
#l medidor de radar de microondas% similar al de medida de nivel de l*uidos% consta de una uente de microondas% situada a un lado del recipiente% y un detector en el lado opuesto% en la misma ,ori$ontal. =uando el producto alcan$a dic,a ,ori$ontal% la señal de'a de reci&irse y se ecita una alarma. e aplica en la detección de &a'o nivel de sólidos a&rasivos.
Detectores de nivel continuos
#l medidor de nivel de sondeo electromecánico% representado en la Fig. @.>% consiste en un pe*ueño peso móvil sostenido por un ca&le% desde la parte superior del silo% mediante poleas. n motor y un programador situados en el eterior esta&lecen un ciclo de tra&a'o del peso. /ste &a'a suavemente en el interior de la tolva ,asta *ue c,oca contra el lec,o de sólidos. #n este instante% el ca&le se a6o'a y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo *ue éste asciende ,asta la parte superior de la tolva% donde se para% repitiéndose el ciclo nuevamente. n indicador eterior señala el punto donde el peso ,a invertido su movimiento% indicando as el nivel en a*uel momento. #l instrumento se caracteri$a por su sencille$% puede emplearse en el control de nivel% pero de&e ser muy ro&usto mecánicamente para evitar una posi&le rotura del con'unto dentro de la tolva% lo *ue podra dar lugar a la posi&le rotura de los mecanismos de vaciado. La eactitud es del J 1K.
Fig. ).3 #edidor de sondeo electromecánico.
#l medidor de nivel de &áscula (Fig. @.@) mide el nivel de sólidos indirectamente a través del peso del con'unto tolva más productoR como el peso de la tolva es conocido% es ácil determinar el peso del producto y% por lo tanto% el nivel. La tolva se apoya en una plataorma de carga actuando so&re la palanca de una &áscula o &ien carga so&re otros elementos de medida neumáticos% ,idráulicos o eléctricos (galga etensiométrica y microprocesador).
Fig. ).) #edidor de báscula.
3e estos elementos% uno de los más empleados es el de galga etensiométrica. #l sistema es relativamente caro% en particular en el caso de grandes tolvas% pudiendo tra&a'ar a altas presiones y temperaturas. u eactitud depende del sensor utili$ado% pudiendo variar del J 9%;K al J 1K. #l medidor de nivel capacitivo (Fig. @.;) tiene más posi&ilidades de error por la mayor ad,erencia *ue puede presentar el sólido en la varilla capacitiva. La lectura viene in6uida% además% por las variaciones de densidad del sólido. La varilla del medidor está aislada y situada verticalmente en el tan*ue y &ien asegurada mecánicamente para resistir la cada del producto y las uer$as generadas en los desli$amientos internos del sólido.
Fig. ).5 #edidor capacitivo.
La medida está limitada a materiales% en orma granular o en polvo% *ue sean &uenos aislantes% la presión y temperatura máimas de servicio pueden ser de ;9 &ar y 1;9 <= y el aparato de&e cali&rarse para cada tipo de material. u precisión es de unos J 1; mm aproimadamente. #l medidor de nivel de ultrasonidos (Fig. @.A) consiste en un emisor de ultrasonidos *ue enva un ,a$ ,ori$ontal a un receptor colocado al otro lado del tan*ue. i el nivel de sólidos está más &a'o *ue el ,a$% el sistema entra en oscilación enclavando un relé. =uando los sólidos interceptan el ,a$% el sistema de'a de oscilar y el relé se des ecita actuando so&re una alarma o so&re la ma*uinaria de descarga del depósito. 3isponiendo el ,a$ de ultrasonidos en dirección vertical% el instrumento puede actuar como indicación continua del nivel% midiendo el tiempo de tránsito de un impulso ultrasónico entre la uente emisora% la super-cie del producto donde se re6e'a y el receptor situado en la propia uente. =omo la super-cie de la mayor parte de los productos sólidos re6e'an% en mayor o menor grado% los ultrasonidos% el sistema es adecuado para la mayor parte de los sólidos con muc,o polvo% alta ,umedad% ,umos o vi&raciones% y puede emplearse tanto en materiales opacos como transparentes. in em&argo% si la super-cie del material no es ntida% el sistema es suscepti&le de dar señales erróneas. u eactitud es de% J 9%1; a% J 1K% puede construirse a prue&a de eplosión% pudiendo tra&a'ar a temperaturas de ,asta 1;9 <=.
Fig. ).6 #edidor de ultrasonidos.
#l medidor de radar de microondas Fig. @.M)% similar al de nivel de l*uidos% consta de una uente de microondas situada en la parte superior del tan*ue *ue emite un ,a$ de microondas *ue se re6e'a so&re el sólido y es captado por un detector. #l sistema es ideal en productos muy viscosos como el asalto. u eactitud es de J 2 mm y su campo de medida puede llegar a @9 metros.
Fig. ). #edidor de radar.
#l medidor de nivel láser (Fig. @.S) enva impulsos desde el sensor ,asta el nivel de sólido y capta el impulso re6e'ado% calculando la distancia por la multiplicación entre la velocidad de la lu$ y la mitad del tiempo *ue ,a tardado el ,a$ entre el emisor y el receptor del pulso% después de re6e'arse éste en la super-cie del sólido. Tiene la venta'a de *ue no ,ay dispersión del ,a$ de lu$ (solo 9%2<)% no eisten alsos ecos y el ,a$ puede dirigirse ,asta distancias de M; m y a espacios tan pe*ueños como 2; cm2. u eactitud es del J 1K.
Fig. )./ #edidor laser.