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

Un sólido granular es un conjunto de partículas, como nieve, arena, arroz o carbón. Aunque la forma de los sólidos granulares es fácil de explicar, su comportamiento es complejo y diferente al de los líquidos y gases. Medir con precisión la cantidad de sólidos en tanques o silos es crucial para la gestión del producto y el control y traslado de la gestión del almacén.
Tipo de sensor
Al igual que la medición de nivel de líquidos, los equipos de medición de nivel de materiales sólidos también se dividen en dos categorías: sin contacto y con contacto. En estas categorías, los equipos se pueden subdividir en monitoreo de nivel puntual y monitoreo de nivel continuo. Este artículo presenta los principios detrás de estos dispositivos y algunas aplicaciones.
La medición de nivel de sólidos no es tan limpia y precisa como la medición de nivel de líquido. Las características de peso de los líquidos se pueden convertir en peso a nivel de líquido mediante un dispositivo de presión estática; Los sólidos pueden sufrir cambios importantes dentro de un mismo lote. Los líquidos también tienen propiedades autonivelantes y pueden proporcionar una superficie uniforme para los dispositivos de medición sin mezclas ni otras interferencias. Este es uno de los desafíos que enfrenta la medición del nivel de material sólido.

Por lo general, los sólidos sólo pueden proporcionar superficies irregulares a los dispositivos de medición y se cargan o depositan de manera desigual en los contenedores en los que se almacenan. Encontrar una superficie horizontal para reflejar las señales plantea un cierto desafío para los materiales sólidos.
Los equipos sin contacto utilizados para la medición de estado sólido, similares a los equipos sin contacto utilizados para la medición del nivel de líquidos, son los equipos más comunes, incluidos los de ultrasonido, radar y láser. Los dispositivos ultrasónicos tienen la ventaja de su bajo costo y tenemos una comprensión muy clara de sus patrones de comportamiento. Desafortunadamente, a veces puede dar lugar a un mal uso, lo que da lugar a resultados inconsistentes. Lo mismo ocurre con los equipos de radar.
Generalmente es difícil que los sólidos se asienten en una superficie uniforme y horizontal. Un escenario más común es que los sólidos se transportan a un tanque de agua o silo a través de un transportador, que vierte los sólidos en una posición, formando un cono determinado por el "ángulo de reposo" del sólido. Cuando se supera el ángulo se produce un asentamiento o desprendimiento masivo. Si el dispositivo sin contacto está monitoreando la parte superior del cono, este desprendimiento provocará un cambio repentino en el nivel del material. Por lo general, cuando el equipo está dispuesto cerca del área de entrega, es difícil medir el nivel real del material y cualquier desprendimiento provocará un cambio repentino en el nivel del material nuevamente.
Las dificultades de la medición del estado sólido
El problema es el reflejo de las superficies inclinadas. Los dispositivos láser, de radar de ondas guiadas (GWR) y ultrasónicos se basan en el reflejo de la señal en la superficie del material probado. La superficie del líquido es uniforme y proporciona una buena superficie reflectante para la reflexión de la señal. 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 un caudal uniforme y constante. Cada sólido tiene un ángulo de reposo único. Esto se puede utilizar en la aplicación de puntos de medición de materiales.
Se puede instalar un sensor de dispositivo de medición sin contacto en un ángulo de reposo para determinar cuándo el cono sólido alcanza el punto de control, como una alarma de nivel alto. La medición continua de nivel no es fácil. La falta de una superficie uniforme impedirá que la reflexión coherente regrese al transmisor, y el tamaño variable de las partículas producirá efectos de dispersión, los cuales pueden conducir 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 los puntos de control.

Si no resulta práctico instalar el láser en el contenedor del dispositivo, se puede instalar en el hombro del dispositivo. Por ejemplo, en la aplicación de carga de lodos en camiones, no es práctico instalar dispositivos de monitoreo del nivel de líquido en los camiones debido al equipo de transporte y manipulación de materiales.
El polvo, la expansión sólida y las cargas desiguales en los contenedores pueden afectar los equipos sin contacto. Recuerde que el polvo puede quemar. Antes de implementar las medidas de seguridad, a menudo se producían explosiones de polvo de carbón y de silos de cereales. Esta característica debe tenerse en cuenta al diseñar el sistema. Además del combustible, el oxígeno y la ignición necesarios para la combustión del combustible, el polvo debe dispersarse y confinarse en contenedores cerrados para que se convierta en combustible. La dispersión puede interferir con el funcionamiento de equipos de nivel de material sin contacto.
Se deben diseñar carcasas de equipo apropiadas en el sistema para proporcionar una protección adecuada. Cuando un sólido se "aglutina" y se separa del resto del material de relleno en el silo para formar un objeto separado, se produce una expansión del sólido, como el sólido amontonado 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 utilizar vibración o aire para "fluidizar" el sólido y asegurar una distribución uniforme. Por diversas razones, puede producirse una carga 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 por contacto utilizado para esta aplicación es exclusivo de la medición de estado sólido. Estos dispositivos dependen del contacto directo o del peso con el material. El tamaño, la densidad, el contenido de humedad y el peso de los sólidos varían. Estas funciones se pueden utilizar para detectar o inferir niveles de material. El dispositivo de detección de nivel de material de punto común es un sensor tipo resorte vibratorio o diapasón. Otro método de medición común es utilizar sistemas de pesas y cables. El dispositivo es mecánico e incluye un sensor de línea deslizante que puede seguir el mecanismo mecánico para moverse hacia el suelo. Las galgas extensométricas se utilizan para modificar contenedores o silos existentes para indicar la carga sólida dentro del contenedor.