Medición precisa del nivel de material sólido: métodos comunes y dificultades

Un sólido granular es una colección de partículas, como la nieve, la arena, el arroz o el carbón. Aunque la forma de los sólidos granulares es fácil de explicar, su comportamiento es complejo y diferente al de los líquidos y los gases. Medir con precisión la cantidad de sólidos en tanques o silos es crucial para la gestión de productos y el control del almacén y la transferencia.
Tipo de sensor
Al igual que en la medición del nivel de líquidos, el equipo de medición del nivel de materiales sólidos también se divide en dos categorías: no contacto y contacto. En estas categorías, el equipo puede subdividirse aún más en monitoreo de nivel puntual y nivel continuo. Este artículo introduce los principios detrás de estos dispositivos y algunas aplicaciones.
La medición del nivel de sólidos no es tan limpia y precisa como la medición del nivel de líquidos. Las características de peso de los líquidos se pueden convertir en peso de nivel líquido utilizando un dispositivo de presión estática; Los sólidos pueden experimentar cambios significativos dentro del mismo lote. Los líquidos también tienen propiedades de autonivelación y pueden proporcionar una superficie uniforme para los dispositivos de medición sin mezcla u otras interferencias. Este es uno de los desafíos que enfrenta la medición del nivel de materiales sólidos.

Los sólidos generalmente solo pueden ofrecer superficies irregulares a los dispositivos de medición y están cargados o asentados de manera desigual en los contenedores donde se almacenan. Encontrar una superficie horizontal para reflejar señales plantea un cierto desafío para los materiales sólidos.
El equipo sin contacto utilizado para la medición en estado sólido, similar al equipo sin contacto utilizado para la medición del nivel de líquidos, es el equipo más común, incluyendo ultrasonido, radar y láser. Los dispositivos ultrasónicos tienen la ventaja de un costo bajo, y tenemos una comprensión muy clara de sus patrones de comportamiento. Desafortunadamente, a veces puede llevar a un mal uso, lo que resulta en resultados inconsistentes. Lo mismo ocurre con el equipo de radar.
Los sólidos generalmente son difíciles de asentar en una superficie uniforme y horizontal. Un escenario más común es que los sólidos sean transportados a un tanque de agua o silo mediante una cinta transportadora, la cual vierte los sólidos en una posición, formando un cono determinado por el "ángulo de reposo" del sólido. Cuando se supera este ángulo, ocurre un asentamiento masivo o desprendimiento. Si el dispositivo no contactivo está monitoreando la parte superior del cono, este desprendimiento causará un cambio súbito en el nivel del material. Por lo general, cuando el equipo está ubicado cerca del área de entrega, es difícil medir el nivel real del material, y cualquier desprendimiento causará otro cambio súbito en el nivel del material.
Las dificultades de la medición de estado sólido
El problema es la reflexión de superficies inclinadas. Los dispositivos ultrasónicos, de radar con onda guiada (GWR) y láser dependen de la reflexión de señales en la superficie del material probado. La superficie del líquido es uniforme y proporciona una buena superficie reflectante para la reflexión de señales. La consistencia, el tamaño de las partículas y, por supuesto, el ángulo de reposo de los sólidos varían. El ángulo de reposo es el ángulo en el que un sólido se asienta naturalmente cuando se transporta a una tasa de flujo uniforme y constante. Cada sólido tiene un ángulo de reposo único. Esto puede ser utilizado en la aplicación de medición de puntos de material.
Un sensor de dispositivo de medición sin contacto puede instalarse en un ángulo de descanso para determinar cuándo el cono sólido alcanza el punto de control, como una alarma de nivel alto. La medición continua del nivel no es fácil. La falta de una superficie uniforme evitará que la reflexión coherente regrese al transmisor, y el tamaño variable de las partículas producirá efectos de dispersión, ambos de los cuales pueden llevar a señales poco confiables. El láser es un dispositivo más confiable para medir puntos de material y es más preciso para determinar la presencia de sólidos en puntos de control.

Si no es práctico instalar el láser en el contenedor del dispositivo, se puede instalar en el hombro del dispositivo. Por ejemplo, en la aplicación de cargar lodo en camiones, no es práctico instalar dispositivos de monitoreo de nivel en los camiones debido al equipo de manipulación y transporte de materiales.
El polvo, la expansión sólida y las cargas desiguales en los contenedores pueden afectar todo el equipo sin contacto. Por favor, recuerda que el polvo puede arder. Antes de implementar procedimientos de seguridad, a menudo ocurrían explosiones de polvo de carbón y silos de granos. Esta característica debe considerarse al diseñar el sistema. Además de combustible, oxígeno e ignición requeridos para la combustión del combustible, el polvo necesita estar disperso y confinado en contenedores cerrados para volverse combustible. La dispersión podría interferir con el funcionamiento del equipo de nivel de material sin contacto.
Se deben diseñar cajas de equipo adecuadas en el sistema para proporcionar una protección apropiada. Cuando un sólido "se aglutina" y se separa del resto del material de relleno en el silo para formar un objeto separado, ocurre la expansión del sólido, como cuando el sólido se acumula en un lado del silo. Esto puede resultar en la imposibilidad de entrar en contacto con el nivel o que el nivel no pueda entrar en contacto con el material. Una medida correctiva común es usar vibración o aire para "fluidizar" el sólido y asegurar una distribución uniforme. Debido a varias razones, puede ocurrir un cargado desigual. En algunos casos, la experiencia del personal de diseño y operación del sistema, combinada con la agitación mecánica, puede ayudar a aliviar este problema.
El dispositivo de medición de contacto utilizado para esta aplicación es único para la medición de estado sólido. Estos dispositivos dependen del contacto directo o del peso con el material. El tamaño, densidad, contenido de humedad y peso de los sólidos varían. Estas características pueden utilizarse para detectar o inferir los niveles de material. El dispositivo común de detección de nivel de material es un sensor de tipo resorte vibrante o tenor de afinación. Otro método común de medición es utilizar sistemas de peso y cable. El dispositivo es mecánico e incluye un sensor de línea deslizante que puede seguir el mecanismo mecánico para moverse hacia abajo hasta el suelo. Los transductores de fuerza se utilizan para modificar los contenedores o silos existentes para indicar la carga sólida dentro del contenedor.