2.4 Transductores de Nivel y Caudal

S E N S O R E S Y T R A N S D U C T O R E S

SENSORES Y TRANSDUCTORES

INST. CARLOS RAMOS GONZALES

S E N S O R E S

TRANSDUCTORES DE NIVEL

Y T R A N S D U C T O R E S



Introducción • En la mayoría de procesos se utilizan estanque, y no siempre se tiene acceso directo a ver o medir los niveles de material o fluido almacenado. • Existen diversos tipos de sensores dependiendo del material o fluido y de la posible manipulación.


Introducción Tipos de Sensores


Introducción • En líquidos: – – – – – – – – –

Desplazamiento (Flotador) Presión Diferencial Burbujeo Radioactivo Capacitivo Ultrasonidos Conductividad Radar Servo posicionador


Introducción • En sólidos: – Palpador – Paletas rotativas – Vibratorio – Membrana sensitiva – Varilla flexible – Peso – Ultrasonidos – Radar

S E N S O R E S

Microondas Principio de Funcionamiento


D: Distancia del Obstáculo C: Velocidad de la Luz

S E N S O R E S

Capacitivo Principio de Funcionamiento


a: Diámetro Exterior b: Diámetro Interior k: Constante Dieléctrica del Agua : Constante Dieléctrica del Vacío

S E N S O R E S

Ultrasonido Principio de Funcionamiento


D: Distancia del Obstáculo C: Velocidad del Sonido en el medio de Propagación


Ultrasonido Frecuencia de Ultrasonido Rango de Medición

Supresión de falso eco

S E N S O R E S

EFECTO DOPPLER



S E N S O R E S

Conductividad • Se utilizan para medir niveles en líquidos conductores.


• Se disponen electrodos a lo alto del estanque, los que al ser inundados por un fluido, cierran el circuito y conducen. • Utiliza bajo voltaje AC.

S E N S O R E S

Conductividad


• Posee sistemas de retardo que evitan interprete como alza de nivel una vibración u ola.

S E N S O R E S

Oscilador amortiguado


• Este sensor vibra a una frecuencia fundamental dada por un circuito al que se debe conectar. • Al estar sumergido en el líquido, la frecuencia de vibración cambia, variando los parámetros del circuito


Oscilador amortiguado • Funciona tanto en corriente alterna como en continua. • Al variar la frecuencia de vibración, cambia el parámetro R del circuito


Sensores Ópticos • Se utilizan para mediciones en sedimentos, líquidos con sólidos en suspensión, e interfaces líquidas • Acuosos • Orgánicos • Corrosivos

• Miden el cambio o diferencia de la luz emitida por un LED (luz infrarroja) • Son baratos de implementar


Sensores de Transferencia de Calor • Termopar • Efecto Seebeck (diferencia de potencia) • Baratos, intercambiables, miden amplios rangos de temperatura • Problema de precisión

• Termopila • Termopares en serie


Sensores de Transferencia de Calor No son lineales respecto a T° (polimonios 5 -9 orden) Diferentes tipos: • B,R,S (más estables, altas temperaturas) • K (resiste oxidación), E (bajas t°), J (para equipos viejos), N(más baratos que B,R,S que usan plata)

• Problemas de conexiones no deseadas • Descalibracion • Ruido eléctrico (pequeña señal), y voltajes inducidos en los cables • Desviación Térmica


Flotadores • Para medir niveles en líquidos (incluso corrosivos) • Se basan en la apertura y cierre de un switch mecánico (por contacto directo o magnético)


Flotadores • Magnético: cambio ocurre por un imán permanente dentro del flotador • Mecánico: producto del movimiento del flotador en contra de un interruptor • Compatibilidad química, temperatura, densidad, viscosidad y flotabilidad del líquido son importantes a la hora de decidir sobre un flotador (mecánico o magnético)


Sensores por Presión •

Se compone por: – Medidores de presión a la entrada y salida del estanque

•

Funcionamiento: – Dado que esta presión en la salida es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. (P = ·g·h) – La presión en la entrada es necesaria si el tanque esta cerrado.

•

Limitaciones: – Sólo se puede utilizar en tanques o depósitos no presurizados

•

Aplicaciones: – Adecuados para el agua, aceite, combustibles y la mayoría de líquidos industriales


Sensores por Radioactividad • Se compone por: – Fuente radioactiva en un lado. – Medidor de radiación al otro.

• Funcionamiento: – –

El medidor transforma la radiación recibida en una señal. La recepción de rayos es inversamente proporcional a la masa del liquido dado que este absorbe parte de la energía recibida.

• Limitaciones: – Dificultades técnicas y administrativas

• Aplicaciones: – Fluidos a alta temperatura – Líquidos corrosivos


Turboflow 173939

TRANSDUCTORES DE CAUDAL INST. CARLOS RAMOS GONZALES








INTRODUCCION Los transductores de caudal se basan en distintos principios según se trate de fluidos compresibles o no. El caudal puede definirse como masa por unidad de tiempo (caudal másico) o como volumen por unidad de tiempo (caudal volumétrico). El caudal volumétrico depende sólo de la sección considerada y de la velocidad del fluido, pero el caudal másico depende además de la densidad del fluido y esta a su vez de la presión y temperatura del mismo. Para fluidos incompresibles ambos caudales se pueden relacionar por una densidad que puede asumirse como constante, pero para fluidos compresibles no es así. La mayor parte de los sensores miden caudal volumétrico. En el caso de fluidos incompresibles la forma habitual de medición es hallar la velocidad de paso por una sección conocida. Para los compresibles, los métodos más adecuados se basan en el empleo de turbinas.



Efecto Venturi El efecto Venturi consiste en la aparición de una diferencia de presión entre dos puntos de una misma tubería con distinta sección y, por tanto, diferente velocidad de paso del fluido. Para fluidos incompresibles, dicha diferencia de presión depende de la relación de diámetros, del caudal y de la densidad y por tanto de la temperatura. Por tanto se puede medir de forma indirecta el caudal a partir de la medida diferencial de presiones (Figura). INST. CARLOS RAMOS GONZALES

S E N S O R E S

ROTAMETRO



S E N S O R E S

ROTAMETRO




Presión dinámica Estos transductores se basan en el desplazamiento de un pequeño pistón o flotador sometido a la presión dinámica de la corriente de fluido (Figura). Dicha presión equilibra el peso del cuerpo y provoca un desplazamiento del pistón proporcional a la velocidad del fluido, la medición de dicho desplazamiento permite obtener una indicación indirecta de la velocidad. INST. CARLOS RAMOS GONZALES


Por velocidad y por inducción Este tipo de transductores se basan en la ley de inducción de Faraday, según la cual, sobre un conductor que se desplaza transversalmente a un campo magnético se genera una fuerza electromotriz proporcional a la longitud del conductor, a su velocidad de desplazamiento y a la inducción del campo :

En el caso de un fluido conductor en movimiento, se produce por este principio una fuerza electromotriz en sentido perpendicular al movimiento y a la dirección del campo. La Figura muestra un esquema, en el que se indican las direcciones de movimiento (v), campo magnético (B) y fuerza electromotriz producida (E), que es captada por dos electrodos situados en las paredes del tubo. INST. CARLOS RAMOS GONZALES


• La fuerza electromotriz obtenida es proporcional al campo inductor, a la distancia entre electrodos de captación y a la velocidad del fluido, por tanto manteniendo constantes los dos primeros, se obtiene una indicación de la velocidad, y para sección y densidad constantes de manera indirecta de caudal. El método de medida tiene la ventaja de no interrumpir el flujo, por tanto no hay pérdidas de carga, por otro lado es apto para líquidos corrosivos o muy viscosos. Sin embargo las medidas pueden tener errores si la tubería no está completamente llena o si hay burbujas, y la fuerza electromotriz depende de la permeabilidad magnética del fluido. INST. CARLOS RAMOS GONZALES


Volumétricos Para medir caudal de gases suelen emplearse métodos de medición volumétricos intentando mantener presión y temperatura constantes. Los ejemplos más típicos son los de turbina disco oscilante y lóbulos. INST. CARLOS RAMOS GONZALES

VOLUMETRICOS


VOLUMETRICO


2.4 Transductores de Nivel y Caudal

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