Tecnologías Actuales para Medición de Nivel en Forma Segura y Confiable

Rogelio Quijano, ABB México, rogelio.quijano@mx.abb.com

Resumen. La demanda de sofisticados sistemas automatizados, la necesidad de un control de proceso exigente y un entorno normativo cada vez más estricto, impulsan a los ingenieros de procesos a buscar sistemas de medición de nivel más precisos y confiables. La alta exactitud de la medición de nivel hace posible reducir la variabilidad de los procesos industriales, lo que resulta en una mayor calidad de productos a menor costo.

Las tendencias generales en las diferentes tecnologías de medición de nivel reflejan los requerimientos exigentes del mercado. La electrónica digital altamente desarrollada está haciendo que los transmisores de nivel sean fáciles de usar, confiables, más fáciles de configurar y menos costosos.

Los transmisores de nivel actualmente incorporan una amplia variedad de materiales y aleaciones para utilizarse entornos hostiles como aceites, ácidos y temperaturas y presiones extremas.

PALABRAS CLAVES: Nivel, Laser, Magnetostrictivo, Interfase, Cámara externa.

Numerosos procesos industriales requieren la medición continua de nivel y/o la detección de puntos (altos o bajos) del nivel en tanques de almacenamiento o de proceso; además puede tratarse de productos líquidos o sólidos; algunas tecnologías pueden aplicarse para ambos.

Podemos pensar desde aplicaciones básicas como medición de niveles de agua en cisternas y tanques elevados que requieren apagado y encendido de bombas para mantener dentro de parámetros que permitan la operación continua de un proceso. Existe también la necesidad de medición continua para el monitoreo de tanques de materias primas (solidos o líquidos) que inciden en el balance diario de existencias. Como ejemplo podemos mencionar medición de nivel en tanques de proceso como reactores que requieren alta exactitud y cumplir con requerimientos de confiabilidad que dictan normativas internacionales como IEC 61508. [1].

Existen también aplicaciones específicas para medición de la interfase; es decir, el nivel intermedio que se presenta cuando dos líquidos de diferente densidad se almacenan en un tanque; considerando como ejemplo agua y aceite, se requiere la medición del nivel de agua (interfase) que permanece en la parte inferior y el nivel del aceite en la parte superior. Aquí imagen ilustrativa:

Figura 1. Medición de nivel total e interfase.

Actualmente existe una gran variedad de instrumentos de alta especialidad en la medición de nivel, para dar solución total en necesidades de medición confiable. Cuando el sistema completo de nivel está diseñado con la correcta combinación de transmisores e interruptores, se obtiene el más alto grado de detección de nivel y control.

En los domos de las calderas, es donde sucede el cambió de estado del agua, de líquido a vapor en condiciones de alta presión y temperatura. La medición del nivel en este caso es fundamental para la eficiencia y la seguridad. Actualmente, se pueden utilizar tecnologías como el radar o el magnetostrictivo que han probado ser confiables y de alta exactitud.

Muchas plantas industriales tienen dos sistemas y cada uno de ellos con una función específica; por un lado, el Sistema de Control que está dedicado principalmente al funcionamiento óptimo del proceso para mantener la calidad, eficiencia y seguridad. Por otro lado, también existe el Sistema Instrumentado de Seguridad (SIS) que es independiente y su principal objetivo es evitar condiciones de riesgo que pudieran provocar accidentes graves; para los sistemas SIS, es común que se requieran instrumentos con niveles de integridad SIL2 y SIL3 (SIL por sus siglas en inglés: Safety Integrity Level). Actualmente, muchos instrumentos de nivel cuentan con estas certificaciones dictadas por la IEC 61508. [1]

A manera de resumen; podemos mencionar las siguientes razones para medición de nivel:

  • Control de inventario; para asegurar el suministro de materias primas al proceso.
  • Transferencia de custodia; que puede ser interna, entre áreas de la misma empresa o externa, que puede requerir el cumplimiento de condiciones legales y comerciales.
  • Seguridad; para evitar derrames o condiciones de riesgo.
  • Eficiencia; para optimizar los procesos industriales.

Las tecnologías más utilizadas para medición de nivel tenemos:

De estas tecnologías el Laser y el Magnetostrictivo son poco conocidos, pero tienen gran campo de aplicación inclusive para aplicaciones exigentes. Echemos un vistazo a cada una de estas tecnologías con sus ventajas y desventajas principales:

LASER

Es la tecnología de medición de nivel más reciente, con excelentes resultados en diferentes industrias, como minería, química, alimentos, etc. Se instala en la parte superior del tanque y emite un haz de luz (no visible al ojo humano). Este haz de luz se refleja en la superficie del fluido y el reflejo es detectado por el sensor óptico del transmisor. El nivel se calcula considerando el tiempo de vuelo de ida y vuelta del haz de luz Laser. Es importante notar que el haz de luz Laser no es dañino para el ojo humano y es seguro para usarse en atmosferas explosivas. [2] [3]

Figura 2. Transmisor de nivel con tecnología Laser.

MAGNETOSTRICTIVO

Esta tecnología tiene alta exactitud (0.01% de escala completa), puede instalarse en la parte superior del tanque o puede usarse en conjunto con una cámara adicional. En ambos casos, el transmisor genera pequeños pulsos de corriente que viajan a través de cable dentro de una sonda que a su vez tiene un flotador con imanes en el interior; los pulsos interactúan con el campo magnético de los imanes y se produce una pequeña torsión que es detectada por el transmisor para obtener la medición del nivel. [4] [5]

Figura 3. Transmisor de nivel tipo Magnetostrictivo, instalación directa y con cámara externa.

El transmisor magnetostrictivo, cuando se instala en forma externa a una cámara, no tiene contacto con el proceso y se tiene el beneficio de contar indicación visual a distancia, porque la cámara tiene banderas magnéticas que también actúan con el flotador con imanes.

REFERENCIAS

[1] International Electrotechnical Commission, https://webstore.iec.ch/home

[2] non-contact laser level measurement for industrial applications, https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=UQicN59ZPXQ

[3] Laser level transmitter, https://new.abb.com/products/measurement-products/level/laser-level-transmitters/llt100

[4] Magnetostrictive Level Transmitter, https://new.abb.com/products/measurement-products/level/magnetostrictive-level-transmitters/LMT100

[5] Magnetostrictive Level Transmitter – Operating Principle, https://www.youtube.com/watch?v=R3aSuwCX7-w&t=92s

ACERCA DEL AUTOR

Rogelio Quijano Pérez. Ingeniero en Control y Automatización. Egresado de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional. Cuenta con más de 25 años de experiencia en instrumentación y control de procesos, ha participado en numerosos proyectos para la industria Química, Refinería y Extracción de Petróleo. Su experiencia profesional incluye la participación en empresas y proyectos internacionales en la selección de válvulas e instrumentación. Actualmente colabora como especialista para Latinoamérica en ABB para la medición de nivel.

Esta entrada tiene un comentario

  1. Alejandro Garcìa Garcìa

    Excelente informaciòn.

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