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7206 FIUBA 2009
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Medicin de Nivel
Medicin directa o indirecta
Dnde? O Cunto?
Medicin puntual o continua
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Sensores de Nivel sin contacto
Ultrasnicos Microondas
Lser Radiacin
No afectados por densidad.Es posible el montaje con tanque lleno.Ajuste sin necesidad de cambios de nivel
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Detectores de NivelDeteccin de nivel: salida discreta
Medicin con contacto
Montaje superior o lateral
Capacitivo Vibratorios Conductivos
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Medicin puntualAlto Nivel
Bajo Nivel
Lnea de llenado
Proteccin de Bomba
Deteccin de fugas
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Medicin Continua
Control de Procesos
Control de Inventario
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Medicin directa
Sistemas primitivos
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Visores de Vidrio
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Sensores de Nivel Medicin directa
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Flotante
Regleta
Flotante
Contrapeso
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Desplazador
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Nivel de slidos, polvos y granulados
lquidos Los lquidos presentan una superficie plana, excepto por problemas menores como oleaje o espuma.
Pero con los slidos aparecen serios inconvenientes al formarse taludes de carga o descarga y cavernas.
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Nivel de slidos, polvos y granulados
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Unidades de medicin
Nivel Porcentual: 0-100 %Ventaja: valor comn para todos los tanques, puede ayudar a evitar desbordesDesventaja: No indica la cantidad de materia en el tanque
Volumen: 0.50 - 9 m3Ventaja: indica el volumen del material en el tanque.Desventaja: No indica la cantidad de materia en el tanque. La mayora de los tanques son diferentes, confunde al operador.
Masa: 500-9000 kgVentaja: indica la cantidad de materia en el tanqueDesventaja: La mayora de los tanques son diferentes, confunde al operador.
Altura: 0-10 metrosVentaja: indica nivel realDesventaja: No indica la cantidad de materia en el tanque
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Medicin sin contacto
Miden tiempo de vuelo, t.
Conocen la velocidad de viaje, v.
Calculan la distancia, d.
A partir de las dimensiones del tanque pueden calcular nivel y volumen.
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Tiempo de vuelo
Ultrasnicos
Radar
Onda guiada
La calidad de la medicin depende de:
Potencia de la onda emitida Distancia desde el sensor Naturaleza reflectiva de la superficie
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Ultrasonico
Rangos de frecuencia 10 kHz a 100 kHz
Velocidad del Pulso c = 343 m/s (at 20C)
Distancia s = t / 2 x c (t=running time)
Factores de influencia Temperatura Composicin del gas Humedad Polvo Vapor Alta turbulencia del aire.
100%
0%
Distancia ciega
nivel
Distancia
El valor de la velocidad depende de la atmsfera interiorPresin: 0.5 - 2 bar abs.
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Radar Rangos de Frequencia
5,8 GHz up to 24 GHz
Velocidad del pulso c = 300,000 km/s
Factores de influencia Constante dielctrica Conductividad
No es afectado por presin temperatura Composicion del gas densidadMovimiento del aire
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Radar de pulsosMicroondas viajan a la velocidad de la luzTiempos de respuesta muy cortosVelocidad del ,pulso
c=300,000 km/sDistancia
1m ~ 6.6 ns~ 6.6 x 10-9 s~ 0.000,000,006,6 s
La medicin de tiempo es muy crtica
100 %
0%Level
Distance
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Radar FM-CW Medicin del tiempo de viaje en forma indirecta,
por modulacin de una seal permanente La mezcla de las frecuencias emitidas y recibidas
producen una frecuencia diferecnial La frecuencia diferecnial es proporcional a la
distancia Una mezcla de frecuencias es tambin provocada
por falsas reflexiones en las parredes del tanque
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Radar antena horn General function
Microwaves are radiated through a PTFE-cone
The microwaves are reflected by the surface of the metal horn and focused (the bigger the horn, the better the focusing)
Advantages: high mechanical stability low influence from build-up
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Radar antena horn Versions of horn antennas
Antenna size- DN 100 ... DN 250
Antenna materials- st steel (1.4571)- Aluminium,Tantalum etc.
Antenna extension- for long vessel nozzles
Bent antennas- Horizontal installation- high temperatures
e.g. liquid steel
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Radar antena rod General function
Microwaves are radiated from the conical antenna section of the rod
The microwaves are focused from the conical section of the rod
The beam angle is determined by the length of the rod
Major Advantage: small flange sizes
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Radar antena rod Rod antenna versions
Mechanical mounting sizeG 1" up to DN 150
Antenna materialsPP, PTFE, PPS/StSt
Inactive length- for installation into longer nozzles 50 mm, 100 mm & 250 mm nozzle length
Antenna system should not be covered with product
Min. distance approx. 100 mm
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Radar medicin entubada
General function Radiation of the microwaves similar to a
horn antenna Microwaves are focused within a metal
tube Virtually no loss of energy Advantage:
products with very low DK-value can be measured
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Radar medicin entubada
Versions of standpipes Stand pipe
mounted directly inside the vessel holes to ensure no separation of
products Bypass pipe
mounting external to the vessel simple separation from the process mounting on existing tubes
Tube with ball valve ideal for pressurized vessels Isolation from the process by use of a
ball valve
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Radar comparacin de antenas
Selection of the antenna system Dependent on the reflecting characteristics
of the product Dependent on the process conditions such
as stirrers, vortex/repose angles, fluctuating product surfaces and obstructions
Generally speaking:- Process vessels
=> horn antenna or standpipe Storage tank
=> rod antenna, horn antenna or standpipe
Agitated surfaces, vortex/repose angles, foam, stirrers, obstructions
Agitated surfaces, vortex/repose angles, foam, stirrers, obstructions
Process conditions
DK-values
1,51,5 2,02,0 3,03,0
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Microonda guiada Basic configuration of the sensor
extremely short spike pulses are emitted along a cable, reflected by the product and guided back along the cable
Advantage: focusing of the energy similar to radar in
a standpipe unaffected by fluctuations of the products
DK-value or its conductivity
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Microonda guiada Level measurement with guided microwave
Frequency ranges DC up to approx. 2 GHz (Burst)
Pulse velocity c = 300.000 km/s
Distance s = t / 2 x c (t=running time)
Influencing factors DK-value conductivity
100%
0%
Level
Distance
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Microonda guiada Basic function
A pulse burst is generated by the microwave module
Microwaves travel along the surface of the cable
Two basic principles: two wires
disadvantage: bridging between the cables
one wire coax cable with screen at large
distance reduced build-up
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Microonda guiada medicin de Interfase
Possibilities with this principle a measurement of two reflections is
possibleHOWEVER!HOWEVER!
the first reflection must be from a non-conductive medium
the second reflection from a conductive medium
minimum interface measurable approx. 5 -10 cm
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Burbujeo
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Presin Hidrosttica
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Presin Hidrosttica
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Tanques abiertos
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Presin depende de la densidad
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Tanques presurizados
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Geometra del tanque
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Geometra del tanque
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Medicin de Nivel
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Error en volumen
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Sensores de Nivel Capacitivos
Tres caractersticas diferentes tienen efecto en la capacitancia
C1A1
d1
d1
A2 < A1C1 > C22
r > Air
C1 < C33
d2 > d1
C1 > C2A1
1
Distancia
entre
placas
rea
de las
placas Dielectrico
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Sensores de Nivel Capacitivos
Un electrodo del capacitor es la propia sonda de medicin
El otro electrodo es la pared del tanque (metlica)
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Sensores de Nivel Capacitivos
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Conductivos
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Servoposicionador
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Horquilla vibrante Efecto piezoelctrico
U F
F
FF
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Horquilla vibrante Efecto piezoelctrico
U
F
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Horquilla vibrante Efecto piezoelctrico
horquilla
Piezos
Ceramica
Base
Membrana
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Horquilla vibrante Efecto piezoelctrico
U
F
U
F
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Horquilla vibrante Temperatura y presin
+150C
Temp
eratur
-
adap
ter
-40C +100C
40 bar
-1 bar
pressure [bar]
Temperature [C]
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Horquilla vibrante
Ventajas
No requiere ajustes Independiente de las propiedades del producto :
Constante Dielectrica Densidad Viscosidad Espuma
Punto de conmutacin preciso y confiable MATERIALES RESISTENTES COMO 316 Ti, Hastelloy C4, ECTFE, Enamel
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Sensores de Nivel
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z Differential pressurez Single leg & dual legz direct & sealedz dual transmitterz bubblerz HTG
z Displacers
z Floats
z Using external chambers
Comparando Tecnologas
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Presin diferencial
Measures pressure ... not level Highly influenced by temperature Influenced by pressure Low overfill protection Loss of vessel space Contact with process products Mechanically complex installations
Irregular shaped vessels Easy to prove and calibrate Well understood technology
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Presin
diferencial
rama
simple
Mostly used in vented or atmospheric vessels as well as
vessels with a very low top pressure
Mainly lower temperature applications
Normally non toxic products
Generally good applications for Radar
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Very problematic measurement
Many uncontrollable outside influences
Strongly discouraged and even prohibited on some sites
Presin
diferencial
rama
doble
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Presin
diferencial
Sellos
Remotos
General preferred alternative to dual leg transmitters
Difficult to predict and control outside influences
Very sensitive Diaphragm(s) need to be handled carefully
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Presin
diferencial
Doble
transmisor
Only practical for relatively low static pressures
Accumulative errors of both transmitters
Additional signal conditioning required
>>
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Normally last resort measurement
Presin
diferencial
-
Burbujeo
High maintenance
High energy consumption
Only used for low pressures
High long term cost of ownership (LTCO)
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Hydrostatic tank gauging (HTG)
Specifically for mass inventory
>> Gives level, pressure,
density and mass
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Hydrostatic tank gauging (HTG)
referencia
nivel
P1
= gh1 + P3
h1 h2
= (P1
- P2) / g* h2PT2
PT3
PT1
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Desplazadores Not real level measurement,measures
mass of displaced volume
limited choice of force linkage material
Not suitable for sticky, abrasive or boiling products
Not isolatable from process
Only top entry required
If densities are known good for interface measurement
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Flotantes
(magnetostrictivos)
Floats need to be calculated for product density, therefore, changing
product can cause problems
Can not be used for sticky, abrasive or boiling products
Dual floats can be utilised to measure interface
When used in external chamber very high and very
low temperatures are possible
Only top entry required
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Cmaras
Externas Density in chamber often not the
same as in vessel, therefore, not ideal for accurate level measurement
Instrument fully isolatable from process
Drain and flush facilities required
Product in chamber tends to get old
Additional engineering required,often to no dimensional tolerances
Not suitable for interface measurement
Medicin de Nivel Sensores de Nivel sin contactoDetectores de NivelMedicin puntualMedicin ContinuaMedicin directaVisores de VidrioSensores de NivelMedicin directaFlotanteDesplazadorNivel de slidos, polvos y granuladosNivel de slidos, polvos y granuladosUnidades de medicinMedicin sin contactoTiempo de vueloNmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25Nmero de diapositiva 26Nmero de diapositiva 27Nmero de diapositiva 28Nmero de diapositiva 29Nmero de diapositiva 30BurbujeoPresin HidrostticaPresin HidrostticaTanques abiertosPresin depende de la densidadTanques presurizadosGeometra del tanqueGeometra del tanqueMedicin de Nivel Error en volumenNmero de diapositiva 41Nmero de diapositiva 42Nmero de diapositiva 43ConductivosServoposicionadorNmero de diapositiva 46Nmero de diapositiva 47Nmero de diapositiva 48Nmero de diapositiva 49Nmero de diapositiva 50Nmero de diapositiva 51Sensores de NivelNmero de diapositiva 53Nmero de diapositiva 54Nmero de diapositiva 55Nmero de diapositiva 56Nmero de diapositiva 57Nmero de diapositiva 58Nmero de diapositiva 59Nmero de diapositiva 60Nmero de diapositiva 61Nmero de diapositiva 62Nmero de diapositiva 63Nmero de diapositiva 64