Sistemas vitales como la lucha contra el fuego y servicios hídricos dependen del acceso al agua en cualquier momento. Los tanques de reserva son componentes importantes en estos sistemas y sirven como depósitos de agua locales, asegurando que la cantidad requerida de agua esté presente cuando sea necesario.
El tanque de agua a menudo es una "caja negra", y podría ser difícil determinar cuánta agua hay disponible en un momento dado. Por lo tanto, el tanque de agua está típicamente equipado con algún tipo de dispositivo de medición de nivel, que puede proporcionar una medición precisa del volumen de agua.
Este artículo explora diferentes métodos de medición de nivel con un enfoque especial en el uso de sensores de presión como una solución precisa y fiable.
Digamos que uno de nuestros clientes necesita una solución para la medición de nivel en el contenedor abierto de agua de refrigeración en su nueva planta. El contenedor de agua tiene un Ø de 890 mm y una altura de 2500 mm. El nivel de agua normal será de 1500 mm y el nivel mínimo de agua será de 500 mm. A 1700 mm de nivel máximo de agua, se necesita una señal de alarma para alertar a los empleados a cortar el suministro de agua en el tanque para que no se desborde.
La temperatura ambiente estará entre 8°C y 35°C. La temperatura media será de 10°C a 25°C. El medio es agua.
El cliente solicita un sensor con una salida de 4 a 20 mA y una precisión superior al 2% en el rango de medición del sensor. La conexión del proceso y otros parámetros (enchufe eléctrico) son flexibles.
El sensor se instalará en el fondo del tanque para medir la columna de agua.
El primer paso es seleccionar todos los datos mencionados y calcular la presión máxima de los medios en la aplicación mencionada:
tipo de contenedor:
abierto (tanque ventilado) influencia de la presión ambiental
p1 presión ambiente = 1000,3 hPa ~= 1 bar
p2 presión hidrostática =?
h altura del tanque= 2500 mm=2,5m
ρ densidad del agua a 10°C = 999,70 kg/m³
hmax columna de agua= 1700 mm =1,7 m
hnorm columna de agua= 1500 mm =1,5 m
hmin columna de agua= 500 mm =0,5 m
Ø contenedor= 890 mm = 0,89 m
V volumen del contenedor =(π*d²)/4 h = (3,14*0,89m²)/4*1,7m=1,19m³
A Superficie de contenedor =π*d*H =3,14*0,89m*2,5m=6,98m²
Con el valor del volumen del tanque, sabemos que el nivel máximo de agua en el tanque será de 1,19 m³ o 1190 l. También sabemos que el agua tiene una densidad de 999,70 kg / m³ o ≈1kg / l.
Eso significa que el peso máximo del agua en el contenedor será de aproximadamente 1190 kg.
Para calcular la presión en el fondo del contenedor, solo necesitamos la ρ (densidad del agua), la gravedad g y la altura máxima de la columna de agua. La superficie y el volumen del contenedor no son tan relevantes.
Cálculo:
P2= ρ⋅g⋅hmax=999,70kg/m^3 *9,81m/s^2 *1,70m=16672kg/m*S²16.672 kg/m*S² or Pa (pascal) (16672 Pa =167 mbar)
Con este conocimiento, podemos seleccionar un sensor adicional para la aplicación.
Para un contenedor cerrado, los parámetros importantes son los mismos que para un contenedor abierto. La única diferencia es que la mayoría de los contenedores cerrados están presurizados y no tienen una conexión ventilada a la presión ambiental. Para compensar este valor, tiene sentido instalar otro sensor en la parte superior del contenedor.
Si el contenedor está ventilado, debemos considerar la influencia de la presión ambiental en el cálculo.
Ejemplo de aplicación:
Si tenemos en un contenedor cerrado (sin ventilación) con un medio que se evapora, como la gasolina, obtendremos una sobrepresión por encima del líquido. Esta sobrepresión se ubicará en la parte superior del tanque y se puede cambiar sin influir en el nivel medio. Esta sobrepresión debe medirse con otro sensor de presión, ya que el gas atrapado sobre el líquido causa una presión hidrostática más alta, que debe compensarse para evitar valores falsos en la medición de nivel.
tipo de contenedor:
cerrado (sin tanque ventilado), influencia de la sobrepresión
p1 sobrepresión= 80 hPa ~= 80 mbar
p2 Presión hidrostática=150 hPa = 150 mbar
htank altura del tanque= 2500 mm
ρ Gasolina = 750 kg/m³
Queremos saber el verdadero nivel medio en el contenedor. Para este cálculo, podemos usar la siguiente fórmula:
h media de la columna=((p2-p1) )/((p*g))= ((150 mbar-80mbar))/((750kg/m^3 *9,81ms/s^2 ))=70mbar/(7357,5 kg/m*S²)=70mbar/73,5mbar=0,95m
Si decidimos hacer el mismo cálculo con los valores promedio estimados basados en la presión de gas predominante típica, obtendrá un error de cálculo del nivel de llenado. Esto podría conducir a un error crítico en el proceso de solicitud.
Otra aplicación típica de sensores en un contenedor abierto o cerrado es definir la densidad de medios desconocida o alternativa usando la presión diferencial. Esto puede realizarse si montamos dos sensores en dos puntos diferentes en la columna del medio del contenedor. Es importante conocer la distancia exacta entre los sensores para calcular con precisión la densidad del medio.
tipo de contenedor:
abierto
p1 sobrepresión= 6864,93 kg/m*S²=6864,93 Pa
p2 presión=16672kg/m*S²=16672 Pa
ρ densidad = ?
g gravedad = 9,81 ms/s²
hmax media columna = 1700 mm =1,7 m
hdif diferencia de altura entre 2 sensores=1m
Ƥ=((p2-p1))/((hdif*g))=((16672 kg/m*S2-6864,93 kg/m*S^2))/((1m*9,81 m/S²))=(9807,07 kg/m*S²)/(9,81 m/S²)=999,70 kg/m³
Ahora podemos decir que el medio en el contenedor tiene una densidad de 999,70 kg / m³. Esto es igual a la densidad del agua a 21°C.
Si el cambio de densidad es causado por la temperatura, se puede instalar un sensor de temperatura.
