SELECCIONAR EL RANGO ADECUADO EN UN TRANSMISOR DE NIVEL

Nota: Seleccionar el rango adecuado en los transmisores de nivel, es una actividad que si no se analiza a tiempo, puede suponer tener que comprar otro transmisor o tener que modificar el diseño de los equipos.

1. INDICE

2. TIPOS DE TRANSMISORES

 2.1. Medir Nivel Usando Presión
   2.1.1. Medir un Depósito Atmosférico
   2.1.2. Medir un Depósito Presurizado
 2.2. Medir Nivel Usando Radar
   2.2.2. Radar de Onda Guiada
   2.2.1. Radar de Antena
3. SELECCIONAR EL RANGO EN UN TRANSMISOR DE NIVEL

4. LEVEL SKETCH

2. TIPOS DE TRANSMISORES

Aunque las posibilidades de montaje y tecnologías son decenas, en este artículo analizaremos dos tipos de principios de media:

- Medir el nivel usando transmisores de presión

- Medir el nivel usando radar

2.1. Medir Nivel Usando Presión

 Hay dos situaciones:

- El equipo está a la presión atmosférica.

- El equipo está presurizado.

2.1.1. Medir un Depósito Atmosférico

Nota: Cuando el depósito esté a presión atmosférica, en la parte superior del equipo, veremos una conexión, que permite la entrada y salida del aire.

En estos casos, se usa una sola toma de presión del tanque, ubicada en el punto más bajo que se desea medir, dicha toma, se conectará al transmisor de presión.

Un metro de agua, corresponde a 100 mili-bar de presión; esto quiere decir, que si se instala un medidor de presión y por encima del transmisor hubiera 1 metros de columna de agua, el transmisor estaría midiendo 100 mili-bar.

Por problemas de accesibilidad, podría quedar la conexión al tanque, por encima de la ubicación final del transmisor.

En este caso, habría que descontar la distancia entre el transmisor y la conexión del tanque.

Nota: Si el SPAN fuera 1 metro (100mbar) y el transmisor se hubiera instalado 100mm más bajo que la toma del tanque (10mbar), se podría indicar en la hoja de datos un rango de configuración de 10 mbar a 110mbar.

En la típica señal de corriente analógica de 4-20ma. 4 mili amperios correspondería a los 10mbar y 20 mili-amperios se configuraría en los 110mbar ( 0 al 100%).

Lo más habitual es no considerar en la hoja de datos la altura real del transmisor, y configurar la señal de 0-100 mbar (0-100%). Principalmente, porque durante la ingeniería no se suele saber con certeza la ubicación final de cada transmisor. En este caso habrá que corregir la medida, durante la puesta en marcha.

Para corregir la medida, el instrumentista con el depósito vacío, primero llenará el tubing de agua. Si por ejemplo el transmisor está instalado a 100mm por debajo de la toma, al llenar de agua el tubing, el transmisor indicará 10 mbar.

En este momento, se puede activar la función de puesta a cero del transmisor (por ejemplo a través del face-plate del propio transmisor o a través de un comunicador HART) y así quedará funcionando correctamente, eliminándose el error de los 10 mbar.

Habría que evitar instalar el transmisor por encima de la toma para evitar perder rango de medida, ya que en este caso dejaremos de medir por debajo del transmisor.

En la medida de nivel de un equipo atmosférico, se puede usar un transmisor de presión relativa o un transmisor de presión diferencial con una toma libre a la atmósfera.

Los transmisores de presión relativa, internamente tienen la referencia del ambiente.

Nota: Las dos opciones son válidas.

2.1.2. Medir un Depósito Presurizado

Un equipo presurizado, no tendrá una conexión que comunique con el exterior.

Para poder meter o sacar fluido de estos depósitos, normalmente se tendrá que meter o sacar proporcionalmente algún gas inerte.

El gas más utilizado en esta aplicación es el Nitrógeno.

En este caso se necesita considerar la presión del gas en el interior del tanque para poder saber el nivel del agua. Por lo que para esta aplicación, si que es necesario usar un transmisor de presión diferencial.

Usaremos una toma para medir (que suele ser la indicada como "+") y la otra toma para tener una referencia de la presión del tanque (que suele ser la indicada con "-").

Nota: El pote de condensado, mostrado en el dibujo anterior, ayudará a tener siempre agua en la línea de referencia, pero no es estrictamente necesario. Se recomienda especialmente en equipos que trabajen en vacío (por debajo de la presión atmosférica).

La toma "-" quedará con más presión que la toma "+", porque tiene toda la columna de agua desde el pote hasta el transmisor.

En este caso durante la puesta en marcha con el depósito vacío, se llenará los tubing y el pote con el fluido de proceso.

En ese momento el transmisor debería indicar un valor negativo (en el ejemplo -100 mbar). 

Se aplicará la función de puesta cero del transmisor, para que descuente este valor inicial y empiece a medir correctamente.

Nota: En este montaje, instalar el transmisor más bajo que la toma del tanque, no afecta a la medida (como pasaba en el tanque atmosférico). En este caso, se está midiendo la diferencia de presión y al tener dos tubos con fluido, conectados al tanque, si se instala el transmisor más bajo, el incremento de la columna de agua afecta a las dos tomas por igual "+" y "-", con lo que el valor medido (diferencia de presión) no cambiaría. 

2.2. Medir Nivel Usando Radar

Otros principio de medida es el radar.

Se usan principalmente dos tipos de radar:

- Radar de antena

- Radar de onda guiada.

Estos equipos emiten una onda y miden el rebote de dicha onda, deduciendo la distancia entre el equipo y el cambio de medio (en este caso el fluido).

2.2.1. Radar de Antena

El radar de antena emite la señal de radar por el aire.

Entre otras cosas, habrá que considerar que las dimensiones de la tobera donde está instalado, no afecten a la medida, tanto por su longitud como por su anchura. Habrá que asegurarse también, que el radar, no encuentra obstáculos a lo largo su recorrido. 

Para definir el rango de medida, hay que considerar una distancia mínima, que se debe dejar para que el radar empiece a medir.

2.2.2. Radar de Onda Guiada

El principio de medida, es el mismo que el radar de antena, pero en este caso, se emite la señal a través de una barra metálica que se sumerge en el fluido.

En este caso, hay una distancia mínima al igual que en el caso anterior para empezar a medir, y la distancia máxima suele estar limitada por la longitud de la barra.

3. SELECCIONAR EL RANGO EN UN TRANSMISOR DE NIVEL

1º- Autonomía Requerida

Lo mas restrictivo son los requisitos del proyecto.

El cliente tendrá definido una determinada autonomía para cada sistema de la planta.

Normalmente, hay que garantizar al cliente por contrato, un tiempo mínimo, que la planta debe estar trabajando, sin la necesidad de tener que repostar fluido.

Este requisito, estable el tamaño mínimo de los depósitos y se podría decir que es el punto de partida.

A lo largo del proyecto, habrá que asegurarse que se garantizan estos valores, dentro del funcionamiento normal.

Estos valores suelen ser indicados por procesos en los P&ID, "High Level" y "Low Level"

Es habitual considerar estos valores, como los valores de alarma que más adelante se van a programar en la lógica de control.

Hay que tener en cuenta que los valores indicados en los P&ID normalmente no van a coincidir con los valores medidos por el transmisor. Esto se debe a que normalmente, el departamento de procesos y el transmisor de nivel, suelen utilizar una referencia de cero distinta.

El "0 mm" para procesos, normalmente lo define la línea de tangencia del tanque, y el "0 mm" configurado en el transmisor, será definido en una fase posterior por el departamento de instrumentación, durante el desarrollo de la ingeniería de detalle.

En el siguiente ejemplo, se pueden ver como las alarmas de alta y baja, están definidas en el P&ID de 110mm y 190mm. Pero corresponderán a longitud medida por el transmisor de 10mm y 90mm. 

Aunque la referencia del transmisor sea distinta a la indicada en el P&ID, los niveles de alarmas deben permanecer a la misma altura, manteniéndose la capacidad útil del tanque.

Capacidad útil del tanque = 190 mm - 110 mm = 90 mm -10 mm = 80mm

Para evitar confusión, al hacer referencia a los niveles de alarma, es mejor hablar siempre de porcentaje, por ejemplo alarma de baja al 10% o alarma de alta al 90% del SPAN.

2º- Alarmas

Lo siguiente más restrictivo son los valores de alarmas que se van a configurar en la lógica de control.

Por ejemplo se podrían considerar dos niveles de de alarma "Alto / Bajo".

-"Alarma de alto nivel" (Por ejemplo, protegerá contra el desborde, disparando los equipos)

-"Alarma de bajo nivel" (Por ejemplo, protegerá la bomba para que no se quede sin fluido, disparando los equipos)Nota: Esto era sólo un ejemplo, en muchas ocasiones durante la ingeniería se prefiere minimizar las alarmas del sistema, por lo que durante la fase de diseño es preferible, eliminar las alarmas intermedias, dejando sólo las alarmas que disparan los equipos. Más adelante si los operadores lo consideran necesario ya se añadirán más alarmas.

Nota: No se deben definir valores de alarmas al 0% ni al 100%, se recomienda dejar un margen mínimo como por ejemplo 5% o 95% del SPAN.

3º- Indicadores Locales

Resulta muy útil para la gente de mantenimiento, que el SPAN del transmisor coincida con el rango del indicador local instalado en el equipo. Sobre todo para todos aquellos equipos, que tengan que ser llenados de forma manual y local (en campo). 

Nota: Imagina, a un operario llenando un tanque de aceite. El nivel va subiendo hasta que el indicador local indica 100%. Por mucho que le digan por walki desde el sistema de control, sigue echando que esto aún no marca el 100%, si ese valor no lo puede contrastar en campo, es mejor dejar de echar fluido y evitar un posible desborde.

En la mayoría de los casos, la operación de la planta está restringida a mantener el tanque dentro de los valores de alarmas establecidos. Por lo que el nivel, nunca debería de superar el valor de alarma de alto, ni la alarma de bajo.

En base a esto, se podría aceptar que el rango del indicador local fuera algo menor que el rango del transmisor, siempre que se abarque los valores de alarmas programados.

4º- Límites del transmisor

La siguiente consideración, que puede limitar el rango seleccionado, es cuanto es capaz de medir el propio transmisor.

En el caso del transmisor de presión diferencial, se considerará el rango del transmisor y la distancia entre las tomas del equipo.

En el caso del radar de antena, habría que fijarse en el rango del modelo seleccionado.

Y en el radar de onda guiada, se considerará el modelo y la longitud del tubo del radar.

5º- Por último se considerará los límites del equipo

Normalmente hay una toma de rebose. El rango no debería estar por encima de la altura de dicha toma, ya que el nivel nunca podrá superar dicho valor.

Además suele haber una conexión de donde succiona la bomba que saca el fluido del tanque, por debajo de dicha toma el nivel no es útil medirlo, con lo cual no debería de medirse.

Nota: Un caso particular es cuando se comparte el tanque de agua con las bombas de PCI (Protección Contra Incendios)

Normalmente, la toma de agua bruta está más elevada de lo normal, para forzar una reserva de agua para las bombas contra incendios. 

En este caso, se puede medir por debajo de la toma de agua bruta, monitorizando también el nivel de agua reservado para PCI.

4. LEVEL SKETCH

Para poder aplicar en un proyecto, los puntos expuesto en este artículo y definir el rango correcto de los transmisores de niveles, se suelen desarrollan los "Level Sketch".

Este documento se realiza tras recibir los planos dimensionales de los equipos.

Es un plano, donde se representa todo lo relacionado con el nivel y se utilizará para definir la configuración y alarmas del transmisor.

Nota: La tendencia de los proyectos industriales es realizar la ingeniería, lo más escueta posible y documentos como el "Level Sketch", están tendiendo a desaparecer.

Son muchas veces las que se escucha:

"No le des vueltas a eso!! Si total lo cambiarán durante la puesta en marcha".

El personal de puesta en marcha, no son personas que les guste llevar la contraria porque sí. Pero no tendrán más remedio que modificar la configuración de los equipos, si nadie ha estudiado previamente, el rango adecuado.

Los inconvenientes surgen, cuando el problema, no se puede solucionar durante la puesta en marcha cambiando la configuración, porque el diseño o el equipo seleccionado, no es adecuado.

La calidad de un proyecto, se basa en considerar cada detalle, detalles como los puntos expuestos en este artículo y dicha calidad, es lo único que puede justificar de forma objetiva "el coste de una ingeniería".

"Pulsar aquí" Para ver otros artículos publicados

Elaborado por: Julio.C Fernández Losa 23/06/2018 

Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a: 

InstrumentacionHoy@gmail.com