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Medición de nivel de capacitancia NivoCapa® en tanques para la refrigeración de gases

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Precisión de las mediciones y diseño resistente a la corrosión, incluido el blindaje de PFA

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Los sensores de nivel que funcionan según el principio de medición capacitiva se utilizan en diferentes líquidos, pastas, espumas y lodos y pueden implementarse en todo tipo y forma de tanques, metálicos o no metálicos. Tienen un nivel de precisión muy alto en

tanto en medios conductores como no conductores. Si se observa el conjunto en la práctica

queda claro lo versátil que es el principio de medición capacitiva en condiciones de proceso muy diferentes. Para una planta de producción de acero, una medición de nivel continua

que no se ve afectada por las fluctuaciones de vapor o presión dentro de un rango de medición muy pequeño

de medición, se implementó con la NivoCapa® NC 8000 en el agua para la refrigeración del gas. La tecnología probada con compensación de acumulación activa y un oscilador sintonizable fue una solución flexible para optimizar el proceso de fabricación.

Uno de los 10 principales productores de acero del mundo buscaba una medición insensible y al mismo tiempo precisa del nivel continuo del agua de refrigeración en tanques muy pequeños y dispersos para la refrigeración por gas

Como parte de la modernización de las instalaciones de producción en la India, varias plantas debían ser equipadas con un sistema de control de nivel inteligente. Además del llenado y vaciado mediante bombas, que provocan fluctuaciones de presión dentro de los tanques, la presencia de gas H2 debía considerarse un factor crítico para la selección de la tecnología de medición adecuada.

Varias pruebas in situ llevadas a cabo por Sumit Majumder, Director General de UWT India, y su equipo con varios sensores dejaron claro rápidamente que los depósitos podían ser supervisados con seguridad con el principio de medición capacitivo de la robusta sonda NivoCapa® NC 8000. Para el pequeño rango de medición de la aplicación, de 1150 mm, la versión de varilla con un rango de medición total de hasta 5 metros (en la versión de cable hasta 25 metros) ofrecía una solución adecuada. El NivoCapa® NC 8000 es un monitor de nivel sencillo y rentable para líquidos o aceites de base acuosa, así como para polvos fluidos. Se mide la capacitancia eléctrica en el proceso, que es proporcional al nivel en el recipiente. La sonda mecánica se compone de la zona de medición con longitud flexible y la compensación de acumulación activa con longitud fija. Suministra el valor de la capacitancia eléctrica del área de medición en relación con el entorno (pared del contenedor, tubo de medición/tierra o material conductor) y se conecta al transmisor. El sensor de nivel puede utilizarse en grandes silos o depósitos, así como en pequeños recipientes de proceso, tanques de almacenamiento intermedio, tolvas, tinas, desvíos o bajantes. La sonda de acero inoxidable 1.4404 (316L), estable, resistente al desgaste y a la abrasión, es adecuada para su uso en medios químicos agresivos con un revestimiento de PFA disponible opcionalmente. Las diferentes versiones del dispositivo permiten su instalación desde arriba, desde abajo y, gracias a la carcasa desmontable, incluso con grandes vibraciones o con muy poco espacio. Las carcasas son de aluminio con recubrimiento de polvo y la alta sensibilidad a partir de un valor DK de 1,5 garantiza un alto nivel de fiabilidad funcional y permite utilizar el sensor de nivel de forma flexible en muchos medios. Las diferentes dielectricidades se evalúan y detectan fácilmente. El NC 8000 es un instrumento de 2 hilos con una señal de salida analógica de 4... 20 mA según NAMUR NE43. Combina una electrónica de fácil ajuste con brazos de sonda probados en campo. La tecnología "Active Shield" incorporada adicionalmente protege con una compensación activa de adherencias contra los errores de medición, que surgen de puentes, espumas, depósitos de material y apelmazamiento. El rango de medición flexible, combinado con una resolución muy alta, garantiza resultados de medición precisos, incluso a temperaturas de proceso extremas dentro de un rango de -40 °C a +200 °C

(-40 °F a +392 °F) y con una sobrepresión de proceso de hasta 35 bar (507,63 psi).

El sensor de varilla NivoCapa® NC 8100 realiza una detección de nivel fiable dentro del tanque de refrigeración con una temperatura de proceso entre 80 °C y 150 °C (176 °F a +302 °F) sin ningún problema en los lados de producción de la India. La tecnología de medición de capacitancia realiza una medición muy rápida (<1s) y tampoco se ve influenciada por el vapor reinante o las fluctuaciones de presión. La instalación en una boquilla también permite realizar un rango de medición hasta la tapa del tanque y trabajar con la máxima precisión en toda la longitud del sensor. Los sensores implementan una interfaz de usuario fácil de usar que incluye una pantalla LCD con botones de control y función de diagnóstico. Además de la certificación WHG, los sensores de toda la serie NivoCapa® también cuentan con las homologaciones internacionales necesarias para su uso dentro del sistema de refrigeración para zonas con riesgo de explosiones de gas y polvo

La aplicación de la solución práctica para la medición de nivel funcional y segura, de acuerdo con los elevados requisitos y normas del productor de acero, favorece el buen funcionamiento de la planta de forma óptima.

Medición de nivel con tecnología de medición capacitiva

Para explicar la tecnología de medición de nivel capacitiva, es importante entender el principio básico de un condensador. Un condensador está formado por dos electrodos conductores aislados entre sí. Tiene la capacidad de almacenar energía entre sus electrodos dentro de un campo eléctrico. Si un material no conductor (= el dieléctrico Ɛr) se interpone entre los electrodos, la cantidad de energía almacenable aumenta y, por tanto, la capacitancia del condensador. Esto viene determinado además por las dimensiones de los electrodos (área A) y su distancia (d) entre ellos. La capacidad de un condensador de placa se describe generalmente mediante la fórmula C = Ɛr * A/d.

Una vez entendido esto, se puede explicar el funcionamiento de un sensor de nivel capacitivo. Éste consiste en una sonda metálica que entra en contacto con el medio (varilla o cable) que, junto con una pared conductora del recipiente, puede entenderse como los dos electrodos de un condensador. Un medio no conductor, como el aceite (medio no conductor < 1 µS/ cm), forma el dieléctrico entre estos dos electrodos. Si el nivel aumenta ahora, el área de los electrodos aumenta, lo que a su vez provoca un aumento de la capacitancia. Este cambio en la capacitancia es detectado por el sensor y convertido en una señal proporcional al nivel.

Debido a su función, los sensores de nivel capacitivos suelen tener que ser ajustados y calibrados al medio (capacitancia de vacío y de lleno). El ajuste del medio no es necesario si el medio a medir es conductor, como el agua (medio conductor > 100 µS), ya que en este caso el propio medio representa el segundo electrodo. El revestimiento de la varilla de PFA aislante sirve de dieléctrico, con lo que se da de nuevo el principio básico de un condensador.

Tecnología "Inverse Frequency Shift" (desplazamiento de frecuencia inversa)

Un pequeño cambio en la capacitancia da lugar a un cambio relativamente grande en la frecuencia

Lo que también distingue a esta tecnología de medición capacitiva es la exclusiva tecnología "Inverse Frequency Shift" utilizada en el sensor. La capacitancia no se mide directamente, sino que se evalúa el cambio en una frecuencia generada.

Imagine que tiene un contenedor vacío, la sonda no está cubierta, la frecuencia es alta y la capacitancia es baja. Ahora el contenedor se llena, la sonda se tapa y por tanto la frecuencia baja y la capacitancia aumenta. Lo que se puede ver claramente es que un pequeño cambio en la capacitancia resulta en un cambio relativamente grande en la frecuencia. Como la frecuencia se puede evaluar, se pueden detectar incluso pequeños cambios en el nivel. Esto garantiza una precisión de medición muy alta y el sensor puede ajustarse de forma muy sensible

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