Tabla de variables
- 1. NIVEL El nivel es una variable importante para algunas industrias y en otras es indispensable, tales como la del papel y la del petróleo, por mencionar algunas. Los instrumentos para la medición de nivel varían en complejidad de acuerdo con la aplicación y su dificultad. En la selección correcta de un instrumento para la medición de nivel intervienen en mayor o menor grado los siguientes factores: Rango de medición. Naturaleza del fluido que va a ser medido. Condiciones de operación. Los instrumentos que se mencionan a continuación cubren prácticamente todas las aplicaciones de medición de nivel. Estos se aplican básicamente en 2 formas: medición de nivel en tanques abiertos. medición de nivel en tanques cerrados. Cuando el caso lo requiere se utilizan controladores. Cuando las distancias entre el punto de medición y el lugar donde queremos la lectura son muy grandes nos podemos auxiliar con transmisores. Niveles en Tanques Abiertos Los instrumentos que se usan para la medición de nivel en tanques abiertos se clasifican dentro de varias categorías: visuales, de presión o cabeza hidrostática (columna de agua), de contacto directo o sea flotadores y otros tipos. Nivel en Tanques Cerrados Cuando es necesario medir nivel de líquido en tanques cerrados, como digestores, tanques para recibir condensados, evaporadores, etc., una medición simple de presión hidrostática no se puede usar. La influencia de la presión en un tanque cerrado incluye: el peso o presión del líquido y la presión o el vacío ejercidos encima de la superficie del líquido. Bajo estas condiciones, la medición de nivel de líquido debe hacerse con unidades de presión diferencial, desplazamiento por medio de flotadores, dispositivos radioactivos, sónicos, unidades de capacitancia y otras unidades eléctricas.
- 2. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMÁGEN MEDICIÓN DIRECTA Cinta Mide desde el fondo del tanque. El rango es muy amplio ya que es para todo tipo de flujo, ya sea limpio o viscoso, pero solo mide el nivel. Nivel de cristal A dos llaves situadas en los extremos inferior y superior del depósito se coloca un tubo de vidrio o plástico transparente que permite ver visualmente la altura del líquido. Fluidos no muy viscosos ni sucios e incrustantes. Varilla de medición Consiste en una varilla que se introduce en el tanque a medir. Al retirar la varilla del depósito, el nivel alcanzado quedará marcado en la varilla El rango es muy amplio ya que es para todo tipo de flujo, ya sea limpio o viscoso, pero solo mide el nivel. Flotador Un flotador en el interior del depósito marca permanentemente el nivel del líquido. Hay múltiples maneras de transmitir el nivel del flotador al operario. Mecánicamente. Mediante una cuerda, se ata el flotador a un contrapeso y una escala calibrada que marcan el volumen del líquido. El rango es muy amplio ya que es para todo tipo de flujo, ya sea limpio o viscoso, pero solo mide el nivel.
- 3. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMÁGEN MEDICIÓN DIRECTA Presión La manera más sencilla de medir el nivel es colocar un sensor de presión relativa (sin contar la presión atmosférica) en la parte baja del depósito. La presión del líquido será recogida por el sensor y ajustando por la densidad se conocerá el nivel. Líquidos no sucios. PRESIÓN HIDROSTÁTICA Burbujeo Se colocar una varilla hueca que llegue hasta el fondo y desplazar el líquido que hay dentro de la varilla por aire. Sobre el punto más bajo de la varilla se ejercerá una presión equivalente a la altura del líquido que se transmitirá hasta un punto alejado del depósito donde se coloca un sensor de presión No es recomendado para líquidos muy viscosos en los que la burbuja no pudiera quedar atrapada y no se transmita la presión de manera correcta. Presión diferencial El diafragma está en contacto con el líquido midiendo la presión diferencial en el fondo. Todo tipo de líquidos. ELÉCTRICO Capacitivos Funcionan midiendo las variaciones de la capacitancia de una sonda introducida en el líquido del cual se quiere medir el nivel. La constante dieléctrica del líquido es diferente de la del aire; midiendo la cantidad de carga eléctrica en la sonda se establece la altura del líquido Todo tipo de líquidos.
- 4. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMÁGEN ELÉCTRICO Ultrasónico Los niveles de ultrasónicos emiten una onda que llega hasta la superficie del líquido y rebota hasta volver a llegar al sensor de nivel. El tiempo que tarda la onda en ir y venir determinará la distancia entre sensor y altura, que restando de la altura total, ofrecerá la altura del líquido. Casi para todos los líquidos, menos líquidos que forman espumas o si la geometría del depósito genera ecos. Conductivos El diafragma está en contacto con el líquido midiendo la presión diferencial en el fondo. Funciona en líquidos conductores de la electricidad y detectan el cierre de un circuito eléctrico.
- 5. TEMPERATURA Magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que está más "caliente" es decir, que su temperatura es mayor. En el campo de los procesos industriales, químicos, petroquímicos, siderúrgicos, cerámico, farmacéutico, alimenticio, papel y celulosa, hidroeléctrico, nuclear, etc. el monitoreo de la variable temperatura, es fundamental para la obtención del producto final especificado. El término termometría significa medición de temperatura. Eventualmente, el termino prometía es utilizado con el mismo significado. Es por ello que basándonos en la etimología de las palabras, podemos definir: Pirometería: Medición de altas temperaturas, en el rango en el que se manifiestan los efectos de radiación térmica. Criometría: Medición de bajas temperaturas, en general cercanas al cero absoluto. Termometría: Termino genérico que involucra los dos anteriores como casos particulares.
- 6. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMÁGEN INDICADORES Termómetros de vidrio El termómetro de dilatación de líquidos es el más conocido, consta de una ampolla llena de líquido unida a un fino capilar, todo ello encerrado en una capsula de vidrio o cuarzo en forma de varilla que logra la dilatación del líquido al estar en contacto con una superficie caliente. Se debe seleccionar de acuerdo a la naturaleza del líquido empleado. Termómetro de resistencia Cuentan con un alambre de platino integrado dentro del termómetro, ligado a una resistencia eléctrica que cambia en función de la temperatura. Temperaturas moderadas. Termómetros bimetálicos Formados por dos láminas de metales de distintos coeficientes de dilatación, cuando hay un cambio de temperatura, uno de los dos metales se curva antes que el otro y el movimiento se traduce en una aguja que a su vez marca en una escala la temperatura. Temperaturas moderadas.
- 7. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMÁGEN INDICADORES Termómetros de gas Se expande al recibir cierta presión de gas. Temperaturas moderadas. Sensor de resistencia La resistencia de medición recibe una corriente constante y se mide la caída del voltaje, que varía con el valor de resistencia según la temperatura. Temperaturas moderadas. Termistores La medición se basa en una variación de la resistencia del elemento sensor según la temperatura. A diferencia de los termómetros de resistencia los termistores tienen un coeficiente de temperatura negativo. Temperaturas moderadas. Termopar tipo: "J" ( Hierro - Constantan ) "K" ( Cromel - Alumel ) "T" ( Cobre - Constantan ) "E" ( Cromel - Constantan ) "R" (Platino, Platino Rodio 13% ) "S" ( Platino, Platino Rodio 10% ) Consiste en dos conductores metálicos diferentes, unidos en un extremo, denominado junta caliente suministrando una señal de tensión eléctrica que depende directamente de la temperatura; este sensor puede ser conectado a un instrumento de medición de Fem (fuerza electro motriz) o sea un milivoltímetro o potenciómetro. Temperaturas moderadas.
- 8. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMÁGEN ENVIAN SEÑALES Ultrasónico. Los niveles de ultrasónicos emiten una onda que llega hasta la superficie del líquido y rebota hasta volver a llegar al sensor de nivel, con estas ondas mide la temperatura De 2 a 20 K RTD Establece la variación de la impedancia de un conducto con respecto a su temperatura. Este tipo de variación no indica que el número de electrones en estado de conducción aumente o disminuya, sino que existirá una mayor vibración por parte de los iones del conductor, al ocurrir esto, se presentará una menor circulación de electrones en el conductor, aumentando su impedancia de manera proporcional a su temperatura Temperaturas moderadas.
- 9. PRESIÓN La presión es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton (N) actuando uniformemente en un metro cuadrado (m²). En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema. Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.
- 10. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMAGEN ELÁSTICOS Tipo bourdón Cuando se aplica presión interna al tubo, este se reflexiona elástica y proporcionalmente a la presión y esa deformación se transmite a la cremallera y de esta al piñón que hace girar a la aguja indicadora a través de su eje. Las escalas, exactitudes y modelos difieren de acuerdo con el diseño y aplicación, 0.5 a 600 bar Diafragma. Consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por la soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. 500mm a 2 bar. Fuelle Es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable. 100mm a 2 bar EQUILIBRIO Medidor McLeod Se basa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un volumen más pequeño y a mayor presión mediante una columna de mercurio en un tubo capilar.
- 11. Tubo U Se deposita una cantidad de líquido de densidad conocida y en función de la presión aplicada será la diferencial que se observara entre cada menisco de cada tubo. 0.2 a 1.2 mH2O Inclinado Se tiene un equilibrio entre los fluidos y presiones. Depende de la densidad del líquido. Termopar Principio de conductividad térmica (la conducción de calor entre la lámina caliente en el centro y la superficie fría exterior del tubo de cristal) Depende del material utilizado ELÉCTRICO Ionización Establece una corriente de iones positivos que se relaciona con la presión del gas y que se mide por medio de un micro amperímetro. Depende de la resistencia del material. esfuerzo Se basa en el efecto de Poisson en donde dice que a todo aumento de longitud corresponde una disminución de la sección. Depende del material.
- 12. FLUJO La medición de flujo constituye tal vez, el eje más alto porcentaje en cuanto a medición de variables industriales se refiere. Ninguna otra variable tiene la importancia de esta, ya que sin mediciones de flujo, sería imposible el balance de materiales, el control de calidad y aún la operación de procesos continuos. Existen muchos métodos para medir flujos, en la mayoría de los cuales, es imprescindible el conocimiento de algunas características básicas de los fluidos para una buena selección del mejor método a emplear. Estas características incluyen viscosidad, densidad, gravedad específica, compresibilidad, temperatura y presión, las cuales no vamos a detallar aquí. Básicamente, existen dos formas de medir el flujo: el caudal y el flujo total. El caudal es la cantidad de fluido que pasa por un punto determinado en cualquier momento dado. El flujo total de la cantidad de fluido por un punto determinado durante un periodo de tiempo específico. Veamos a continuación algunos de los métodos empleados para medir caudal.
- 13. CLASIFICACIÓN NOMBRE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO RANGO DE MEDICIÓN IMAGEN ÁREA VARIABLE Rotámetro Consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. La ranura en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición central en el tubo Depende del proceso. PRESIÓN DIFERENCIAL Tubo Venturi Mide el flujo que circula dentro de ducto, es más exacto que la placa de orificio. Placa de orificio Placa metálica delgada que se perfora en el centro y se instala en la tubería. Se hacen luego dos tomas de presión, unas aguas arriba y otras aguas debajo de la placa, captando así la presión diferencial que es proporcional al caudal. flujo de fluidos que tengan pequeñas cantidades de sólidos y gases
- 14. PRESIÓN DIFERENCIAL Tubo pitot Un tubo que toma la presión de frente al flujo para desacelerarlo hasta cero y tomar así la medida de la presión de estancamiento y otro tubo que toma la presión en un costado de la tubería de forma perpendicular al flujo. Mide directamente la velocidad del flujo en el punto en donde se toma el valor de la presión estática y de estancamiento En grandes caudales de fluidos limpios con baja pérdida de carga, por ejemplo en la medida de velocidad del aire. TENSIÓN INDUCIDA Medidor magnético Se fundamentan en la ley de Faraday la cual establece que la tensión inducida en un conductor que se mueve perpendicularmente a un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor. Caudales moderados DESPLAZAMI ENTO POSITIVO Pistón Sistema de cilindro y pistón duales, donde los pistones están conectados por un eje central tal como se muestra en a figura. Una válvula deslizante montada sobre el eje, controla los puertos de entrada y salida de flujo y también puede operar un mecanismo contador. El medidor es apropiado para líquidos ligeros, de baja viscosidad y no corrosivos. TORBELLINO Ultrasónico Mediante un impulso ultrasónico se propaga a través del medio líquido y manda una señal eléctrica. Depende del tiempo y la vibración.
- 15. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS INSTRUMENTACION Y CONTROL