Medida de nivel (1)

publicado en: Nivel | 0

Tras varias entradas describiendo tipos de equipos, creo que es interesante dedicarle algunas a instrumentación. Antes de introducir los sensores de nivel, por los que voy a comenzar, me gustaría hacer una aclaración muy general. Las señales que nos puede dar un instrumento son básicamente analógicas o digitales. Las primeras ofrecen un valor dentro de un rango, y se traducen en una señal eléctrica (4..20mA, 0..10V, etc), o se transmiten por comunicaciones. Los sensores digitales sólo admiten dos estados. Suelen proporcionar un contacto que abre o cierra cuando la magnitud que se mide sobrepasa cierto valor. Obviamente, existe instrumentación que no proporciona señal eléctrica, sino medida visual, y no son sensores propiamente dicho, aunque también quiero mencionarlos. Así, para la instrumentación de medida de nivel tenemos transductores o transmisores de nivel (analógicos), interruptores de nivel (digitales) e indicadores.

Transmisores de nivel

  • Presión. Esta magnitud es una de las más utilizadas para medir nivel, por la fiabilidad de los instrumentos y su bajo precio. En tanques abiertos basta introducir un sensor de presión en la parte inferior, bien sumergiéndolo en el fluido, bien aislado con una válvula de corte para facilitar el mantenimiento. Conociendo la densidad, es directo determinar la columna de líquido (P=ρgh). Cuando el contacto del fluido puede dañar el instrumento, se interpone una membrana entre ambos y se mide la presión del aire al otro lado de ésta. Otras variantes emplean, con propósito similar, una cámara invertida que mantiene aire; o un tubo en el que se insufla y que produce cierto burbujeo.

    Presión (sonda)
    Presión (sonda)
    Presión (transmisor)
    Presión (transmisor)
    Nivel de burbujeo
    Nivel de burbujeo

    En un tanque cerrado no se puede aplicar alegremente la ecuación previa, puesto que puede estar presurizado. Se necesita por tanto «descontar» la presión de la parte gaseosa, para lo cual se podría instalar un segundo transmisor en la parte superior del recipiente. En la práctica es más simple conducir ambos extremos a un transmisor de presión diferencial, y sigue siendo de aplicación h=P/ρg. A no ser que en el tubo conectado a la parte superior condense el líquido. Pero este problema tiene solución sencilla si se deja que el condensado lo llene por completo, porque entonces el transmisor indica la columna que sobresale. O dicho de otro modo, mide la altura de la parte gaseosa, con lo que h’=H-P/ρg.

    Presión (sin condensación)
    Presión (sin condensación)
    Presión (con condensación)
    Presión (con condensación)
  • Capacitivos. Este método emplea un electrodo de larga longitud semisumergido en el líquido. Si el fluido fuese conductor, es necesario aislar el electrodo. Con esta disposición, se mide la capacitancia entre éste y las paredes del tanque. El conjunto actúa como un condensador, donde hacen de dieléctrico los elementos aislantes intermedios (gas y líquido o recubrimiento). Al variar el nivel, cambia esta capacidad.

    Capacitivo
    Capacitivo
    Capacitivo (esquema)
    Capacitivo (esquema)
  • Ultrasónico. Los sensores ultrasónicos calculan el nivel a partir del tiempo que tarda una onda emitida en retornar tras reflejarse en la superficie. La señal necesita cierto tratamiento para eliminar zonas ciegas, obstáculos y reflejos múltiples. En contrapartida, no están en contacto con el fluido, no se ve afectado por el tipo de material, e incluso pueden detectar interfases entre materiales de diferente densidad.

    Ultrasonidos

    Ultrasonidos (esquema)
    Ultrasonidos (esquema)
  • Radar. El principio de funcionamiento es similar al de los ultrasónicos, pero utilizando microondas. Requieren también, por tanto, una configuración adecuada en función de la geometría del tanque. Este problema se puede resolver con los radares de onda guiada, donde ésta se confina dentro de un tubo por el que asciende el fluido. Usan dos métodos de medida: bien se registra el tiempo que tarda en retornar un pulso, bien se barre un espectro de frecuencias, y se determina la distancia a partir de las resonancias.
    Radar
    Radar
    Radar (guiado)
    Radar (guiado)
  • Óptico. Emplean pulsos de radiación electromagnética, usualmente infrarroja, emitidos por un led o un láser. Hablando con propiedad, los sensores radar también deberían contar en este grupo; la distinción viene motivada porque aquéllos emplean una antena. La luz láser es muy concentrada, con lo que se evita el problema de los ecos. A cambio, puede verse afectado por la radiación solar.

    Óptico
    Óptico
  • Magnetoestrictivo. Este tipo de sensores miden la distancia a un flotador atravesado por una guía vertical. El flotador posee unos imanes perpendiculares a la guía. Por ésta se transmiten a su vez pulsos de corriente que generan campos magnéticos anulares. La interferencia provoca la torsión del flotador, lo que genera una onda que se transmite hacia los dos extremos de la guía. La posición del flotador puede determinarse a partir del tiempo de retardo. Este tipo de sensores, por su complejidad, se usan para aplicaciones muy específicas, con presencia de productos corrosivos o altas temperaturas.

    Magnetoestrictivo
    Magnetoestrictivo
    Magnetoestrictivo (esquema)
    Magnetoestrictivo (esquema)
  • Radiactivo. Si se sitúa una fuente radiactiva en un extremo de un tanque y en otro un detector (Geiger, cámara de ionización…), se puede determinar el grosor del fluido teniendo en cuenta que es proporcional a la radiación absorbida. Obviamente, estos sensores entrañan ciertos riesgos, por lo que se restringen a entornos donde no puedan causar daño. Por otra parte, miden en condiciones muy adversas: corrosión, fluidos en movimento, altas temperaturas, etc.
    Radiactivo
    Radiactivo
  • Servoposicionador. Este tipo de sensores miden la longitud desarrollada de un hilo del que cuelga un flotador, para lo que se emplea un servoposicionador. Cuando el hilo deja de estar en tensión, es preciso restituirla para que permanezca en equilibrio. Una variante apropiada para sólidos emplea un palpador, que se hace descender hasta que toma contacto y el cable pierde tensión, momento en que se recoge.

    Servoposicionador
    Servoposicionador
    Servoposicionador (esquema)
    Servoposicionador (esquema)
  • Peso. Cuando se trabaja con sólidos, es frecuente el uso de sensores de peso (células de carga) para determinar el nivel de silos, tolvas, etc.

Esta entrada continúa en Medida de nivel (2).

Básicos: bombas (3)

publicado en: Bombas | 0

Esta entrada es continuación de Básicos: bombas (2)

Bombas rotodinámicas

El giro de rodetes con álabes imprime presión, el flujo es continuo; necesitan cebado (llenar de líquido la aspiración para arrancar).

Bomba radial o centrífuga (centrifugal pump): El fluido entra por el centro del rodete y es impulsado por los álabes hacia el exterior (movimiento perpendicular al eje del rodete).
Bombeo de relativamente pequeño caudal a gran altura; si se desea más presión, pueden escalonarse varias. Construcción sencilla, precio asequible y poco mantenimiento. Tamaño reducido.
Bombeo de líquidos.

Bomba centrífuga
Bomba centrífuga
Bomba axial o de hélice (axial pump): El fluido es impulsado mediante una hélice (movimiento paralelo al eje del rodete).
Bombeo de grandes caudales contra bajas presiones. Rendimiento elevado, bajo NPSH.
Bombeo de aguas pluviales, riego, suministro de agua.

Bomba axial
Bomba axial
Bomba diagonal o helicocentrífuga (helico-centrifugal pump): Similar a una bomba centrífuga, con el rodete en forma de cono (movimiento en forma de cono axial al eje del rodete).
Bombeo de mayor caudal que una centrífuga a mayor altura que una axial .

Bomba helicocentrífuga
Bomba helicocentrífuga

Otras bombas

Bomba múltiple: Varias bombas acopladas al mismo eje (y mismo motor), que cumplen distintas funciones.
Bomba de pozo profundo: Varios rodetes acoplados en serie para alcanzar alturas elevadas.

Bomba de pozo profundo
Bomba de pozo profundo
Bomba de ariete: No es tal; se trata de un sistema que permite, aprovechando el golpe de ariete de un fluido, ascender parte hasta una altura superior.

Bomba de ariete
Bomba de ariete

Básicos: bombas (2)

publicado en: Bombas | 0

Esta entrada es continuación de Básicos: bombas (1)

Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas

Bombas rotativas o rotoestáticas

Compartimentos que se desplazan, flujo continuo.

Bomba de paletas (vanes pump): Un rotor descentrado impulsa un conjunto de paletas deslizantes (se extienden por la fuerza centrífuga), que impulsan el fluido.
Las de paletas compensadas tienen anillo elíptico y usan varios orificios de aspiración e impulsión. Las de paletas fijas apenas se usan: ruidosas, baja cilindrada.
Trabaja con rango amplio de viscosidad o pequeñas partículas en suspensión. Gran durabilidad con poco mantenimiento.
Transferencia de petróleo, químicos en alimentación o textil; lubricación; generación de vacío.

Bomba de paletas
Bomba de paletas
Bomba de lóbulos (lobes pump): El giro de los lóbulos impulsa el fluido de forma continua.
Trabaja con rango amplio de viscosidad o pequeñas partículas en suspensión. Mantenimiento sencillo. Pueden funcionar en los dos sentidos.
Industria química, asfalto, alimentación, gases.

Bomba de lóbulos
Bomba de lóbulos
Bomba de engranajes (gear pump): El fluido se propulsa con la ayuda de engranajes muy ceñidos.
Trabaja con rango amplio de viscosidad y temperaturas, aporta mucha presión. Mantenimiento sencillo, bajo costo, compactas.
Industria química, ósmosis, inyección de tinta, refrigeración.

Bomba de engranajes
Bomba de engranajes
Bomba de engranaje semiluna
Bomba de engranaje semiluna
Bomba gerotor
Bomba gerotor
Bomba de tornillo o husillo (screw pump): Uno o dos tornillos helicoidales impulsan el fluido.
Fluidos viscosos, incluso con sólidos. Escaso desgaste. Puede operar sin agua.
Bombeo de fangos, petróleo.

Bomba de tornillo
Bomba de tornillo
Bomba peristáltica (peristaltic pump): El rotor impulsa el fluido a través de un tubo flexible.
Bombeo sin contaminación del fluido. Admite partículas en suspensión, puede funcionar en seco. Barata, poco mantenimiento (cambio de manguera), fácil limpieza. No alcanza mucha presión.
Químicos agresivos o contaminantes, sólidos (pienso), fluidos con aire, fluidos sensibles al cizallamiento (emulsiones, uvas).

Bomba peristáltica
Bomba peristáltica

Esta entrada continúa en Básicos: bombas (3).

Básicos: bombas (1)

publicado en: Bombas | 0

Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas

Las paredes de la cámara empujan una cantidad de fluido en cada ciclo.

Bombas de émbolo alternativo, reciprocantes u oscilantes

Compartimentos fijos de volumen variable (émbolo o membrana), la carga y descarga se realiza mediante válvulas, flujo discontinuo; se accionan por vapor (acción directa) o una fuente externa (de potencia).

Bomba alternativa de pistón (alternative piston pump): Un cilindro con baja velocidad de rotación desplaza un pistón y mediante juego de válvulas el fluido es aspirado y lanzado.
Lubricación por salpicado: no necesita bomba de aceite. Muy larga duración.
Alta presión de agua (corte por chorro, limpiadoras, perforadoras), agricultura, trasvases.

Bomba alternativa de pistón
Bomba alternativa de pistón
Bomba rotativa de pistones (rotative piston pump): Dos rotores que giran en sentidos opuestos; son semejantes a las lobulares.
Trabajan en rangos amplios de viscosidad, temperatura. Muy larga duración, poco mantenimiento. Pueden funcionar en los dos sentidos. Caudal preciso.
Bombeo en industria química, alimentación.

Bomba rotativa de pistones
Bomba rotativa de pistones
Bomba de pistones axiales (axial piston pump): Un conjunto de pistones dispuestos sobre una placa giratoria aspiran el fluido en un punto y lo impulsan en otro.
El caudal se puede variar cambiando el ángulo de la placa estacionaria. Consiguen muy alta presión. Difícil fabricación y alto coste.
Impulsión de aceite.

Bomba de pistones axiales
Bomba de pistones axiales
Bomba de pistones radiales (radial piston pump): Un rotor descentrado hace que el conjunto de pistones aspire en una parte el fluido y lo libere en otra.
Características semejantes a la de pistones axiales.

Bomba de pistones radiales
Bomba de pistones radiales
Bomba de pistones oscilantes (oscillating piston pump): semejante a un motor de explosión, pero las bielas transmiten presión al fluido.
Bomba de diafragma, membrana o neumática (diaphragm pump): El desplazamiento se consigue empujando un diafragma, con la ayuda de dos válvulas.
Sin cierres mecánicos o empaquetaduras. No precisan cebado.
Fluidos corrosivos, con partículas sólidas, industria química o alimentaria, muestreos.

Bomba de diafragma
Bomba de diafragma

Esta entrada continúa en Básicos: bombas (2).

Básicos: válvulas (2)

publicado en: Válvulas | 0

Esta entrada es continuación de Básicos: válvulas (1).

Válvulas de cuarto de giro

Válvula de bola o esférica (ball valve): El obturador consiste en una bola que gira sobre asiento blando.
Buen sellado. Poca pérdida de carga abierta. No son apropiadas para control de presión o caudal.

Válvula de bola
Válvula de bola
Válvula de bola - sección
Válvula de bola – sección
Válvula de bola - símbolo
Válvula de bola – símbolo
Válvula de mariposa (butterfly valve): Interrumpe el flujo mediante una placa que gira sobre el eje.
Poca fricción y pérdida de carga. Coste reducido. Fácil adaptación a diferentes tamaños, presiones, temperaturas. Poco espacio y peso.

Válvula de mariposa
Válvula de mariposa
Válvula de mariposa - sección
Válvula de mariposa – sección
Válvula de mariposa - símbolo
Válvula de mariposa – símbolo
Válvula macho (plug valve): Obturador cilíndrico o cónico.
Admiten configuración multipuerto.

Válvula macho
Válvula macho
Válvula macho - sección
Válvula macho – sección

Válvulas de retención

Válvula de pico de pato (duck bill check valve): Formada por un tubo de goma aplastado a la salida, que abre sólo con flujo.
No dispone de mecanismos. Prácticamente sin mantenimiento.
Uso en alcantarillado para evitar malos olores.

Válvula de pico de pato
Válvula de pico de pato
Válvula de pico de pato - sección
Válvula de pico de pato – sección
Válvula de disco oblicuo (tilting disk check valve): Interrumpe el flujo mediante la caída de una clapeta.
Se puede ajustar la presión con contrapesos. Baja pérdida de carga. Rapidez de cierre.
Uso como protección de bombas.

Válvula de disco oblicuo
Válvula de disco oblicuo
Válvula de disco oblicuo - sección
Válvula de disco oblicuo – sección
Válvula de disco oblicuo - símbolo
Válvula de disco oblicuo – símbolo