Medición de Nivel en Silos
Conozca cómo puede realizar una fácil medición de nivel en sus silos de almacenamiento.


Medición de Nivel en Silos

Conozca cómo puede realizar una fácil medición de nivel en sus silos de almacenamiento

 

La medición y detección del nivel de un material es siempre necesaria por muchos motivos: Mantener control de inventarios, contabilidad de costos, programación de compras, programación de la producción, control de llenado, control de vaciado, entre muchas otras necesidades.

El almacenamiento de materia prima y productos sólidos a granel tiene sus propias características respecto a materiales líquidos: el material sólido no se detecta de la misma manera que un material líquido, existe la posible formación de nubes de polvos al interior del silo, la superficie del material es de forma irregular, cambiando de forma si el silo se está llenando o si se está vaciando.  Algunos materiales tienden a adherirse a las paredes del silo o a formar aglomerados que no se deslizan con facilidad, creando cavidades que dificultan la detección de un nivel representativo.

Debido a esto, hay consideraciones particulares para seleccionar la tecnología que se utilizará en la detección o en la medición.

¿DETECTAR O MEDIR?

Establezcamos una diferencia entre ambos términos para comprender mejor la funcionalidad de la instrumentación.

Si requerimos saber únicamente cuándo un nivel ha llegado al punto A con respecto a mi nivel de referencia, entonces no necesito saber la condición del nivel fuera de ese punto, solamente busco saber cuándo el nivel ha llegado o sobrepasado al punto A.

Pero si necesito saber de manera constante cuál es el valor del nivel en todo momento, respecto a mi nivel de referencia, entonces estoy midiendo el nivel de forma continua.

Realmente en ambos casos hacemos una medición, pero para referirnos a sensores puntuales, hablaremos de detectar un valor de nivel y cuando nos referimos a la medición ininterrumpida, hablaremos de transmisores de medición continua.

 

Componentes típicos de un sistema de medición:

  • La instrumentación de campo:  Se refiere a los sensores, transmisores y equipo sensible que se encarga de medir o detectar las diferentes variables físicas del proceso, sean estas nivel, temperatura, flujo, presión, concentración, etc.
  • Equipos de adquisición y transmisión de datos: La instrumentación de campo a menudo incorpora dispositivos de lectura o de indicación de estado para informar los valores de la medición o la detección de una condición establecida.  Sin embargo, una de las mayores utilidades de la instrumentación es que convierte las mediciones físicas en señales eléctricas que se pueden transmitir a un sistema superior de control o supervisión, cuyos estándares industriales definen los parámetros de transmisión de estas como señales analógicas, buses de comunicación, transmisiones inalámbricas, etc.  Estas señales eléctricas son recibidas por el dispositivo (módulo de adquisición de datos, PLC, DCS, módulos RIO, etc) para ser procesadas y utilizadas como variables de control, monitoreo o registro de datos.
  • Software SCADA:  Un nivel más arriba se encuentra el software de supervisión, control y adquisición de datos, el cual se encarga de comunicarse con los dispositivos de adquisición de datos y los presenta al operador, permitiéndole tomar decisiones sobre el proceso.

 

DETECCIÓN PUNTUAL

Son aquellos equipos de detección que nos brindan una señal eléctrica de dos estados: activado – desactivado, indicando la presencia o no del material que se está detectando.  Al ser un estado puntual, no brindan información sobre el estado del nivel en ningún otro momento más que cuando éste ha llegado o superado la zona de detección del instrumento.

Son útiles para señalar un nivel particular que se requiere monitorear (máximo, mínimo, intermedio, etc), demanda, protección de equipos, alertas por presencia o ausencia de material, entre otros.

 

  • Paleta rotativa

Método probado por muchos años que consiste en la inserción de un eje con una paleta en el extremo, dentro del contenedor del material sólido a detectar.  El eje gira por acción de un motor eléctrico.  Cuando el material alcanza a cubrir la paleta giratoria, esta se detiene (se traba) por efecto del peso que ejerce el producto sobre el área de la paleta, haciendo que el contacto eléctrico del equipo conmute de estado.  Una vez que el material se desplaza, libera la paleta y esta vuelve a girar, conmutando nuevamente el estado del contacto eléctrico.

Esta tecnología es muy utilizada en silos de diversos materiales sólidos con granulometría fina (polvos, harina, cemento, etc) o gruesa (piedra, granos, etc), incluso cuando pueden adherirse a las paredes del silo o se desplazan con dificultad.


  • Sensor vibratorio

Consiste en un sensor que incorpora una pieza metálica tipo diapasón o tipo varilla, la cual es la parte en contacto con el material a detectar.

La zona sensible del diapasón vibra con una frecuencia establecida, al momento de tocar el material de proceso, la frecuencia de vibración se altera.  La electrónica del sensor determina cuando este cambio en las vibraciones es causado por la presencia de material y conmuta el estado de la salida eléctrica.  Cuando el material deja de tener contacto con el diapasón, este vuelve a vibrar con su frecuencia normal y la salida eléctrica conmuta a su estado inicial.


  • Sensor capacitivo

Son interruptores de uso universal aplicable en sólidos a granel, granulados, polvos, líquidos, aceites de alta viscosidad, mermeladas y pastas para protección de sobrellenado, demanda o bajo nivel, así como para detección de interfaces en mezcladores, silos, tanques, etc.  El material de construcción permite el contacto directo con alimentos y químicos agresivos.

Al ser un sensor capacitivo, reacciona con el cambio de capacitancia cuando la punta del sensor es tocada por un sólido, líquido o medio con espumas y conmuta el estado del contacto eléctrico de salida.  Los modelos para sólidos incorporan una compensación que detecta la acumulación de material sobre el sensor (por ejemplo cuando está en posición horizontal) y discrimina esa condición respecto del nivel real para evitar detección en falso.


 

MEDICIÓN CONTINUA

Son aquellos equipos de medición que nos brindan una señal eléctrica o un dato continuo: normalmente a través de una señal analógica o a través de bus de comunicación, indicando la condición en tiempo real del material que se está midiendo.  Al ser una medición continua, sí tenemos información sobre el estado del nivel en todo momento.

Son útiles para realizar un control o monitoreo continuo del nivel, siendo posible también establecer puntos importantes de alarma y protección de los sistemas: máximo, mínimo, intermedio, demanda, puntos críticos, alertas por presencia o ausencia de material, entre otros.

 

  • Radar

Esta tecnología de medición tiene dos variantes: el radar de onda guiada y el radar de no contacto.  La diferencia entre ambas es el medio de propagación de las ondas de radar.  En el caso de la onda guiada, el equipo incorpora una varilla o sonda que funciona como medio de propagación de la señal de radar y sirve para determinar en qué puntos de la sonda hay una reflexión de las señales de radar, lo cual ocurre cuando hay un cambio de medio o de interfase entre medios (por ejemplo, el punto donde se pasa de aire a agua, o de agua a aceite).

El radar de no contacto no requiere una sonda para funcionar, ya que las ondas de radar (típicamente a 78GHz) son propagadas a través del aire y son reflejadas en la superficie a medir, sea esta de material sólido o líquido.

En ambos casos, la distancia que recorre la onda de radar se determina por la diferencia de frecuencias entre la onda emitida y la que rebota en el material a medir.  Aquí es importante tener en cuenta la constante dieléctrica del material, ya que algunos pueden absorber la mayoría de la energía de las ondas de radio y no reflejar suficiente como para ser recibido por el transmisor.

La gran variedad de materiales y medios que pueden estar presentes en una medición hacen que el transmisor de radar deba filtrar ecos que no corresponden a la superficie que se mide, de modo que se pueda discriminar cuáles corresponden al nivel real y cuáles no.

Para el radar de no contacto, el haz de onda tiene una leve apertura, que debe tomarse en cuenta al momento de dirigir o “apuntar” el transmisor hacia la superficie que se desea medir.  

Por ejemplo, si el transmisor tiene una apertura del haz de radar de 4°, a una distancia de 15m de altura el área libre que se requiere sin interferencias es de aproximadamente 1m de diámetro.

Algunas aplicaciones en silos requieren incorporar un soplado con aire sobre la superficie del sensor para evitar acumulación de capas de polvo.  Para esto el transmisor incorpora una boquilla de entrada con canales dispuestos de forma que dirigen el suministro de aire hacia la superficie externa el sensor y barren la suciedad.


  • Láser

La tecnología de transmisores láser ofrece una técnica de medición sin contacto que mide el tiempo de tránsito de un pulso de luz desde que es emitido por el transmisor hasta que es reflejado y recibido.

A diferencia de los transmisores ultrasónicos o de radar, el haz de luz láser es emitido como un punto que no tiene un ángulo de apertura respecto a la distancia que viaja, de modo que puede ser utilizado en espacios más estrechos que las demás tecnologías de no contacto.

El transmisor de nivel láser puede utilizarse tanto en nivel de líquidos como en sólidos, también para medir la posición de un objeto en movimiento, por ejemplo una compuerta.  Así, la configuración de estos equipos permite seleccionar si estamos midiendo el nivel con respecto a una referencia (el piso del tanque, por ejemplo) o si estamos midiendo la distancia lineal que hay desde el transmisor hasta el objeto.  Normalmente podemos seleccionar si estamos “midiendo nivel” o si estamos “midiendo distancia”.

El transmisor de radar puede funcionar en atmósferas presurizadas y tolera cierta cantidad de neblinas o vapores, las limitaciones para estas condiciones se deben revisar en la ficha técnica del fabricante.  Bajo algunas condiciones pueden requerirse funciones adicionales como por ejemplo lentes con calefacción para evaporar condensación en la óptica del equipo o tubos de extensión para protección de la óptica en ambientes con polvo.



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