entropia y neguentropia en la teoria general de sistemas
Previo lem practica 1
1. Introducción:
El termino ¨nivel¨ en la industria significa la posición relativa donde se encuentra un
liquido con respecto a su contenedor en un cierto momento a unas ciertas
condiciones.
En la industria se usa a menudo la medición del nivel de un liquido con respecto a
su contenedor para saber cual es el volumen de este, y con este dato poder obtener
otras características del líquido, ya sea su masa, normalidad, etc.
Las distintas técnicas de medición de nivel constituyen entre otras, una herramienta
muy importante en la rama de la instrumentación y el control, ya que la importancia
de ciertos factores como la seguridad de las instalaciones, el control de la calidad
del producto, la optimización de los procesos y la protección del ambiente;
dependen de la calidad de la medición que se está haciendo y por ende la
responsabilidad que esto conlleva al momento de tomar una decisión.
Los dispositivos de medición de nivel trabajan midiendo: la altura de líquido sobre
una línea de referencia, la presión hidrostática, el desplazamiento producido por el
propio líquido contenido en el tanque del proceso, aprovechando características
eléctricas del líquido o midiendo el tiempo que tarda una onda (sonido o radio) en
regresar a un receptor.
Investigación previa:
1. ¿Qué entiende por medición a nivel?
Medir la altura a la que se encuentra un liquido dentro de un contenedor en
referencia a un medidor externo de este.
2. Haga una clasificación de los indicadores de nivel de mayor importancia y
una breve descripción de los mismos.
Medidores de nivel de líquidos.
Medidores de medida recta:
- El medidor de sonda: consiste en una varilla o regla graduada, de la
longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La
determinación el nivel se efectúa por lectura directa de la longitud mojada
por el líquido.
- El nivel de cristal: consiste en un tubo de vidrio con sus extremos
conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están
unidos al tanque generalmente mediante 3 válvulas, 2 de cierre de
seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en
caso de rotura del cristal y una de purga.
2. - Los instrumentos de flotador: consisten en un flotador situado en el seno
del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el
nivel. La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica.
- Los medidores por palpador servooperado: disponen de un elemento de
medida que consiste en un disco de desplazamiento suspendido por un
cable de acero inoxidable. El cable está acoplado a una máquina de
precisión, con un tambor ranurado, la cual almacena o dispensa el cable.
El tambor está conducido por un servomotor controlado y montado en
unos cojinetes de precisión. Cuando el nivel sube o baja, el desplazador
es movido, manteniendo contacto con la superficie del producto. El
tambor de medida está montado en el techo del tanque y dispone de un
codificador óptico y el transmisor de los datos de nivel.
Medidores basados en la presión hidrostática:
- El medidor manométrico consiste en un sensor de presión suspendido
de la parte superior del tanque e inmerso en el líquido, transmitiendo la
señal, a través de un cable que acompaña al de suspensión. El sensor
mide la presión debida a la altura de líquido que existe entre el nivel del
tanque y el eje del instrumento.
- El medidor de membrana utiliza una membrana conectada con un tubo
estanco al instrumento receptor. La fuerza ejercida por la columna de
líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una
presión igual a la ejercida por la columna de líquido.
- El medidor de tipo burbujeo emplea un tubo sumergido en el líquido a
cuyo través se hace burbujear aire mediante un rotámetro con un
regulador de caudal. La presión del aire en la tubería equivale a la presión
hidrostática ejercida por la columna de líquido, es decir al nivel.
El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto
con el +líquido, que mide la presión hidrostática en un punto en el fondo
del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura
del líquido en ese punto y a su peso específico.
Instrumentos basados en el desplazamiento:
- El medidor de nivel de tipo desplazamiento consiste en un flotador
parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un
tubo de torsión unido rígidamente al tanque. Dentro del tubo y unido a su
extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro
a un transmisor exterior al tanque.
Instrumentos basados en características eléctricas del líquido:
- El medidor de nivel conductivo o resistivo consiste en uno o varios
electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el
líquido moja a dichos electrodos.
3. -El medidor de capacidad mide la capacidad del condensador formado
por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La
capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.
-Los sistemas de medida de nivel por nivel por capacitancia de radio
frecuencia utilizan técnicas de modulación de pulsos de radiofrecuencia
con lo que el transmisor convierte la señal del electrodo vertical inmerso
en el tanque, en una señal de salida en forma de pulso digital de periodo
variable.
Medidores de nivel de ultrasonido:
- El sistema ultrasónico de medición de nivel se basa en la emisión de un
impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del
mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel
del tanque.
Medidor de nivel de radar:
-El sistema de radar de microondas se basa en la emisión continua de
una onda electromagnética que no es influida por la temperatura ni por
las variaciones de densidad que puedan existir sobre el líquido. La onda
es continua y está modulada en alta frecuencia entre la señal emitida y el
eco recibido.
Medidor de nivel de radiación:
+El sistema de radiación consiste en un emisor de rayos gamma montado
verticalmente en un lado del tanque y con un contador Geiger que
transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de
corriente continua. Como la transmisión de los rayos es inversamente
proporcional a la masa del líquido en el tanque, la radiación captada por
el receptor es inversamente proporcional a la masa del líquido en el
tanque, la radiación es captada por el receptor es inversamente
proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la
energía emitida.
Medidor de nivel laser:
El sistema consiste en un rayo láser enviado a través de un tubo de acero
y dirigidopor reflexión en un espejo sobre la superficie del líquido, cuando
alcanza el receptor, el circuito electrónico calcula la distancia midiendo el
desfase entre la onda emitida y la recibida, la frecuencia y la longitud de
onda.
4. Medidor másico de nivel.
La medicióndirecta del contenido másico mediante la presión hidrostática
precisa de la instalación de una sonda de temperatura y de 2 transmisores
de presión de muy alta exactitud, estabilidad y repetitividad, separados
por una distancia fija. La masa del líquido se determina multiplicando la
presión hidrostática del fondo del tanque por su área. El nivel se determina
dividiendo la masa del líquido por la densidad estándar, y dividiendo el
resultado por el área del tanque.
Medidores de nivel de solidos:
Medidores de punto fijo:
-El detector de diafragma consiste en una membrana flexible que puede
entrar en contacto con el producto dentro del tanque y que actúa sobre un
interruptor.
- El cono y la varilla flexible consisten en un cono y una varilla unidos a un
interruptor que lo excitan cuando el sólido los alcanza.
- El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior
de unas placas puestas a masa y con el circuito eléctrico abierto. Cuando
los sólidos alcanzan el aparato se cierra el circuito y la pequeña corriente
originada es amplificada actuando sobre un relé de alarma.
-El medidor capacitivo es un detector de proximidad, dotado de un circuito
oscilante RC, que está ajustado en un punto crítico, y que entra en
oscilación cuando se encuentra próximo al lecho del sólido.
-Las paletas rotativas consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que
gira continuamente. Cuando el producto sólido llega hasta las paletas, las
inmoviliza, con lo que el soporte del motor y la caja de engranajes
empiezan a girar en sentido contrario actuando consecutivamente sobre
2 interruptores.
-El detector de vibración consiste en una sonda de vibración consiste en
una sonda de vibración en forma de horquilla que forma parte de un
sistema resonante mecánico excitado piezoeléctricamente. Cuando el
material entra en contacto con la sonda amortigua su vibración lo que
detecta el circuito electrónico actuando al cabo de un tiempo de retardo
ajustable sobre un relé y una alarma.
- El medidor de radar de microondas, similar al de medida de nivel de
líquidos, consta de una fuente de microondas, situada a un lado del
recipiente, y un detector en el lado opuesto, en la misma horizontal.
Cuando el producto alcanza dicho horizontal, la señal deja de recibirse y
se excita una alarma.
Medidores de nivel continuos:
- El medidor de sondeo electromecánico, consiste en un pequeño peso
móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante
5. poleas. Un motor y un programador situados en el exterior establecen un
ciclo de trabajo del peso. Éste baja en el interior de la tolva hasta que
choca contra el lecho de sólidos.
-El medidor de nivel de báscula mide el nivel de sólidos indirectamente a
través del peso del conjunto tolva más producto; como el peso de la tolva
es conocido, es fácil determinar el peso del producto y, por lo tanto, el
nivel.
-El medidor de capacitancia de radiofrecuencia capta el nivel por la
variación de capacidad del condensador formado por las paredes del
tanque, la sonda y el propio material.
-El medidor de presión diferencial se emplea en la medida y el control
continuo de lechos fluidizados, consiste en 2 orificios de purga de aire
situados por debajo y por encima del lecho. Un instrumento transmisor
neumático o electrónico mide la presión diferencial entre los orificios que
depende del nivel del lecho fluidizado.
-El medidor de nivel de ultrasonido consiste en un emisor de ultrasonidos
que envía un haz horizontal a un receptor colocado al otro lado del tanque.
Si el nivel de sólidos es más bajo que el haz, el sistema entra en oscilación
enclavando un relé. Cuando los sólidos interceptan el haz, el sistema deja
de oscilar y el relé se des-excita actuando sobre una alarma.
-El medidor de nivel de radiación. Consiste en una fuente radiactiva de
rayos gamma. El grado de radiación recibida por el receptor depende del
espesor de sólidos que se encuentra entre la fuente y el receptor.
3. Mencione el principio por el cual se rigen estos:
-Instrumentos de medida directa: Se rigen mediante la marca o medida
que presentan estos instrumentos.
-Instrumentos basados en la presión hidrostática: Se basan en el
principio de la presión hidrostática.
-Instrumentos basados en el desplazamiento: Se basan en el movimiento
de cuerdas o poleas, que indican el nivel al que se encuentra la sustancia
contenida.
- Instrumentos basados en características eléctricas del líquido: Se basan
en el principio de conductividad. El líquido debe de ser lo suficientemente
conductor como para excitar al circuito electrónico.
-Medidores ultrasónicos: Se basan en la emisión de una onda ultrasónica
a una superficie reflectante y la recepción del eco de este.
6. -Medidores de Radiación: Consisten en la emisión de rayos gamma, los
cuales son absorbidos por el líquido o sólido contenido, y la radiación que
no es absorbida por el mismo es inversamente proporcional al nivel del
contenido.
-Medidores Láser: Se basan en el disparo de un rayo láser que rebota en
la superficie del contenido, y mide la distancia a la cual se encuentra este.
4. Explique cómo cubicaría experimentalmente un tanque de tapas planas en
posición vertical y horizontal, usando vidrio de nivel.
Llenaría el tanque hasta llegar a la ultima marca del vidrio de nivel, después
vaciaría poco a poco el cilindro hasta llegar a la mitad del vidrio de nivel. Al
hacer esto calcularía el volumen obtenido y este lo multiplicaría por 2.
5. Haga el cálculo para cubicar un tanque con tapas planas en posición
horizontal.
Datos
Diámetro = 45 cm
Longitud = 75 cm
Placa = ¼ in = 0.635 cm
Vidrio de Nivel = 35 cm
Solución
Diámetro = (D – ¼ in) = (45 cm – 0.635 cm) = 44.365 cm
Longitud = (h – ¼ in) = (75 cm – 0.635 cm) = 74.365 cm
Volumen =
𝛑
𝟒
d2h =
𝛑
𝟒
(44.365 cm)2 (74.365 cm) = 114958.0624 cm3
1 cm3 = 0.001 L
Volumen = 114958.0624 cm3 = 114.9581 L
6. Haga el cálculo para cubicar un tanque con tapas planas en posición vertical.
Datos
Diámetro = 45 cm
Longitud = 65 cm
Placa = 1/16 in = 0.15875 cm
Vidrio de Nivel = 35 cm
Solución
Diámetro = (D – 1/16 in) = (45 cm – 0.15875 cm) = 44.84125 cm
Longitud = (h – 1/16 in) = (65 cm – 0.15875 cm) = 64.84125 cm
7. Volumen =
𝛑
𝟒
d2h =
𝛑
𝟒
(44.84125 cm)2 (64.84125 cm) = 102399.2276 cm3
1 cm3 = 0.001 L
Volumen = 114958.0624 cm3 = 102.3992 L
7. Se tiene un medidor de nivel de tipo de tubo de burbujeo que tiene una escala
que da lecturas directas de nivel de agua de recipientes
a) ¿Cuál es el factor a utilizar para que el indicador sea usado en
recipientes conteniendo otro fluido diferente al agua?
Para indicar el nivel de fluidos diferentes al agua, el factor a considerar es
la densidad del líquido contenido, ya que el medidor de tipo burbujeo , se
basa en el principio de la presión hidrostática, y solo nos da la lectura de
la presión a la cual el aire entra al recipiente, la cual equivale a la presión
hidrostática ejercida en la columna de líquido, es decir al nivel, y de esta
manera, se obtiene la presión hidrostática y a partir de la siguiente
ecuación, se despeja y se obtiene la altura del nivel del líquido.
𝑃 = 𝜌. 𝑔. ℎ + 𝑃 𝑎𝑡𝑚
P = Presión hidrostática
ρ = Densidad del líquido
g = Aceleración de la Gravedad
h = Altura del Nivel del Líquido
Patm = Presión Atmosférica (No Aplica en Tanques Cerrados)
b) Además, calcular la presión de un tanque que contiene un
hidrocarburo cuya S (gravedad especifica) es de 0.85 y el indicador de
una lectura de 0.90 m de agua.
S = 0.85
h = 0.90 m
g = 9.81 m/s2
ρ ref= 1kg/ m3
S = ρ sol * ρ ref
ρsol = S. ρref = (0.85) (1kg/m3) = 0.85 kg/ m3
P = ρgh = (0.85 kg/ m3) (9.81 m/seg2) (0.90 m) = 7.50 Pa
Bibliografía:
