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Equipos que componen un
sistema de medicin de nivel en tanques
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Un Sistema de Medicin de Nivel en Tanques tiene por objeto determinar la cantidad deproducto almacenado en un parque de tanques.Existen dos mtodos para conocer el inventariado en tanques:
a) Sistema basado en volumen, en el que las cantidades obtenidas se basan en la medicin denivel y temperatura.
b) Sistema basado en masa, adems de la medida de nivel y temperatura se har una correc-cin de la densidad a travs del peso de la columna hidrosttica que genera el lquido deproceso.
Independientemente del sistema utilizado ser de gran importancia la precisin, repetibilidadyfiabilidad de los elementos utilizados para componer cada Sistema de Medicin de Nivelcompleto.
Endress+Hauser les ofrece un Sistema de Medicin de Nivel completo que puede estarcompuesto por:
Transmisor de nivel radar o servo segn las condiciones de proceso.
Transmisor de temperatura promedio (multipunto o multirresistencia) con posibilidad demedicin del agua depositada en el fondo del tanque sonda puntual de temperatura.
Transmisor de presin fase gas, para medicin de la presin esttica del tanque en caso queel mismo est presurizado o inertizado.
Transmisor de presin de lquido para clculo de la densidad del producto a travs del pesode la columna hidrosttica del lquido de proceso en combinacin con la medicin del niveldel tanque. Para depsitos inertizados, se utilizara adems de este transmisor el de la fase gas
para compensar el efecto de la presin vapor sobre la columna de lquido. Transmisor de interfase producto/agua instalado en el fondo del tanque independiente a lasonda de temperatura promedio.
Descripcin de un sistema
de Medicin de Nivel en Tanques
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Elementos de medida que forman parte del Sistema
de Medicin de Nivel en Tanques
Transmisores de nivel radar
Transmisores de nivel radar (microondas)
Las microondas son ondas electromagnticas que se desplazan auna velocidad prxima a la de la luz (299.790 Km/seg.) y ademsse trasladan a unas longitudes de onda bastante concretas.
El transmisor de nivel radar de Endress+Hauser utiliza comomtodo de trabajo el principio de emisin de pulsos.
Una serie de pulsos con una frecuencia de 5.8 GHz es emitidacon una amplitud de 0.8 ns y una repeticin de 3.6 MHz. Estosmicro impulsos son emitidos por la antena del medidor de nivel ytras reflejarse en la superficie del producto retornan de nuevo a laantena a la misma frecuencia. Un circuito de muestreo se encargade convertir la seal en un valor legible.
El proceso de medicin en las microondas se denomina tiempode trnsito, esto significa que el transmisor calcula el tiempo deretorno de las microondas entre el transmisor y la superficie delproducto y lo convierte en una seal proporcional al nivel.
La principal ventaja que ofrecen las microondas aplicadas a lamedicin de nivel es que su velocidad de propagacin no se veafectada por el medio en el que se desplazan (vapores del pro-ducto de proceso), as como por posibles cambios de presin y/otemperatura.
Posteriormente se mide y compara el desfase entre laseal transmitida y la seal recibida. sta comparacinse denomina evaluacin de fase (Fig. 3). Gracias a laevaluacin de fase se logra reducir el error de 3 mm. delos radares de pulso tradicionales a errores del orden de0,5 mm.
Este equipo se utiliza bsicamente para medicin entubo tranquilizador (FMR532) .El radar transmite un pulso electromagntico con unabanda y frecuencia definidas que es transmitido, refleja-do en la superficie del producto y nuevamente recibidoen el radar. El tiempo de trnsito del pulso, permitecalcular la distancia entre el sistema de medicin y lasuperficie del producto (Fig.1).
Funcionamiento del radar de pulso con evaluacin de fase.(Radares con frecuencia de 5,8 MHZ)
Para determinar el tiempo de trnsito se utilizan cro-nmetros de precisin y gracias a ellos se logra analizarel pulso reflejado en el producto con respecto al pulsooriginalmente transmitido. Adems se compara el pulsoreflejado con respecto al pulso emitido del cual se guar-da una copia en la memoria del radar (Fig. 2).
Al ser la frecuencia mucho ms elevada, el desfase entrela seal emitida y la recibida es mnima y permite lamedicin con discrepancias menores de +/-0,5 mm sinnecesidad de la evaluacin de fase.
Funcionamiento del radar con frecuencias de 26 GHz)
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En el esquema adjunto, puede comprobarse el modelo de radar Micropilot dependiendo del rango de medida y tamao de trompetaseleccionado
La precisin absoluta de los transmisores de nivel radar Endress+Hauser es mejor que +/-1mm. Los requisitos de la API (American Pe-troleum Institute) en los transmisores de nivel para el control de inventarios y aplicaciones custody transfer se mencionan en el Captulo3.1b Apndice B (Custody Transfer).
De la tabla anterior se desprende que no se puede verificar laprecisin +-1 mm de los radares una vez instalados, ya que lainfluencia de la instalacin aumenta la imprecisin de los ins-
trumentos del orden de +-3mm. Por lo tanto, un transmisor denivel verificado en campo debe tener una desviacin mxima de+/-mm con el elemento de referencia en una aplicacin custodytransfer segn las especificaciones de API.
Por tanto, para cualquier tecnologa de medicin o marca de losmedidores, para tener una instalacin aprobada Custody Trans-fer es necesario que el elemento primario (medidor de nivel)
tenga una precisin de +/- 1 mm, para que el conjunto tengauna precisin de +/- 4 mm, ya que los efectos de la instalacin(deformaciones del tanque, inclinaciones de la brida) son de+/- 3 mm.
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Endress+Hauser entrega con cada radar de alta precisin, un certificado de calibracin detallado con 10 puntos en todo el rango
de medida, lo cul garantiza que el equipo tendr un comportamiento lineal en todo el campo de trabajo.
La comprobacin de los radares de alta precisin se realizan en el Banco de Calibracin existente en la fbrica de
Endress+Hauser, considerado como uno de los mejores de Europa.
A continuacin se presenta un ejemplo de un certificado de calibracin:
reprint
Kundennummer
Auftragsnummer des Kunden
Kommissionsnummer
Umgebungs-Temperatur
Bezugsnormal:
Prfung nach OIML R85
Das Gert entsprach zum Zeitpunkt der Prfung
unter den angegebenen Bedingungen an den
aufgefhrten Messpunkten den Vorgaben der
genannten Betriebsanleitung (BA ).
Werkskalibrierschein
Der Hersteller besttigt, dass die zu Qualittsprfungen des Erzeugnisses eingesetzten Messmittel
gltig kalibriert waren und auf nationale bzw. internationale Normale rckfhrbar sind.
/ Messergebnisse
Geprft durch
Prfdatum
Messpunkt R ef er en z E nt fe rn un g m m M essw er t m m A bw ei ch un g m m A bw ei ch un g %
Abwe
ichung
inmm
Referenz Entfernung in mm
Ende des Dokumentes
Messstellen-Nummer
Gertetyp
Seriennummer
M ax. Me ss ber ei ch Hor na nt en neParabolantenne
Maximale zul. Messabweichung 1 mm
Elektronik-Typ
Softwareversion
Obere ToleranzgrenzeAbweichung (digital)Untere Toleranzgrenze
SD858F/00/a2/08.06
71023884
At the time of verification, the measuring points
of the device indicated above were within
tolerance and in compliance to the published
specification of the referenced Operating
Instructions (BA ).
Factory Calibration Certificate
The manufacturer confirms that all measuring equipment used to assure the quality of the products
has been calibrated and is traceable to national and international standards.
Ambient temperature
Reference standard:
Test according to OIML R85
Customer number
Customer order number
Sales order number
Measuring results
Measuring point Reference Distance mm M ea su re d v al ue m m D ev ia ti on m m D ev ia ti on %
Operator
Date of inspection
End of document
Dev
iation
inmm
TAG number
Device type
Serial number
Max. Measuring range Horn antennaParabolic antenna
Max. permissible Deviation 1 mm
Electronic type
Software version
30 m40 m
Reference distance in mm
End of document
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Jenaer Messtechnik ZLM 500 S.Nr.: 225-91595/2
23 C 5 C
Endress+Hauser GmbH+Co. KG
Postfach/P.O. Box 1262
D-79690 Maulburg
Micropilot S FMR540
FMR540-151XEJAC4AA
950017010AD
4 ... 20 mA, HART
V01.01.00 HART
ROK07-05-1266
10466407 000010
106075
04. Jun 2007
995.5940
2553.008
4110.195
5666.451
7223.836
8781.246
10339.12
11895.49
13452.94
15008.95
995.5940
2553.370
4110.552
5666.100
7223.656
8781.247
10338.76
11895.67
13453.13
15009.22
0.000000
0.362410
0.357340
-0.351270
-0.180294
0.001492
-0.362410
0.186251
0.189565
0.265004
0.000000
0.014195
0.008694
-0.006199
-0.002496
0.000017
-0.003505
0.001566
0.001409
0.001766
Certificados de Calibracin
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Eleccin del transmisor radar Micropilot
La eleccin del equipo radar depende directamente de:
a) Precisin requerida en la medida de nivel
Este parmetro, marcar la decisin entre elegir un radar de +/- 1 mm de precisin(Micropilot S) o bien un radar de inventariado de +/- 3 mm de precisin (Micropilot Mo Levelflex M)
b) Tipo de producto de proceso (constante dielctrica del producto)
Junto con la altura del depsito, la constante dielctrica del producto definir el equipoms adecuado que garantice en todo el rango de medida la precisin y fiabilidaddescrita en el catlogo tcnico. El radar, es el transmisor de nivel ms adecuado paragasolinas, fuel, biodiesel
c) Caractersticas del depsito (techo fijo o techo flotante) y conexin a proceso
disponible (brida o tubo tranquilizador)
Aunque la constante dielctrica y el rango de medida nos lleven a definir el Micropilotms adecuado, muchas veces deberemos adaptarnos a las conexiones de proceso exis-tentes y cambiar la eleccin inicial para adaptar el radar al depsito.
d) Distancia de la conexin a proceso a las paredes del depsito
El radar emite un haz de energa polarizado que tiene una apertura (ngulo de emi-sin). En las aplicaciones con el requisito de alta precisin, debe garantizarse que entodo el rango de medida el haz de emisin no tocar las paredes del depsito.
FMR532FMR533FMR540
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modelo Proservo NMS5
Transmisores de nivel servo
Los medidores de nivel servo representan una evolucin delos instrumentos basados en flotador. En estos transmisores
se sustituye el flotador por un desplazador suspendido por un
hilo metlico. En lugar de un motor, el transmisor de nivel
servo utiliza un servomotor para hacer subir y bajar el despla-
zador, cuyo peso yflotabilidad se mide de forma continua por
un sistema de pesaje, el cul efecta el control sobre el servo
sistema.
El transmisor servo, es el nico instrumento capaz de medir
nivel con fiabilidad en aplicaciones con hidrocarburos ligeros,
LPG (Liquefied Petroleum Gas) o LNG (Liquefied Natural
Gas). Las caractersticas tcnicas del servo lo hacen muy ade-
cuado para solventar aplicaciones en Sistemas de Medicin
de Nivel: precisin +/- 0,7 mm, rango de medida hasta 28
metros y soporta temperaturas de proceso desde -200 a +200
grados centgrados.
Pero adems, es capaz de medir el nivel de interfases (hasta
dos niveles) e indicar la densidad de cada componente (pre-
cisin del interfase +/- 2,7 mm y precisin en la medida de
densidad de +/- 5 kg/m3).
En los depsitos que almacenan hidrocarburos, el perfil de
densidad a lo largo de toda la altura del depsito es cambiante
(estratificacin del producto, cambios de temperatura) por
ello es necesario tener un promedio de la densidad para poder
hacer un clculo correcto de la masa almacenada. El servo
incluye la funcin de visualizar la densidad del producto en
16 alturas diferentes para poder hacer un clculo ms realista
de la densidad promedio.
El transmisor Proservo incluye adems la compensacin
automtica de la expansin del cable y variacin del peso del
desplazador por las condiciones de proceso (temperatura).
En el siguiente esquema se muestran los componentes de un transmisor de nivel servo:
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Se ha comentado la importancia que tiene una medida de nivelprecisa yfiable en un Sistema de Medicin de Nivel, pero la
temperatura tiene un papel fundamental para realizar todas las
correcciones de volumen/masa as como la deformacin que sufre
el depsito por las dilataciones de las paredes metlicas.
La correccin de temperatura se realiza con una sondaflexible
multipunto que puede incorporar hasta 16 elementos de tempe-
ratura Pt100 (separados entre ellos hasta 2 mts) que puede tener
hasta 30 metros de longitud (altura del tanque).
La sonda de temperatura incorpora en el cabezal un convertidor
HART que a la vez recibe la informacin del nivel real del produc-
to en el tanque a travs del radar o el servo. Con esta informacin
la sonda de temperatura Prothermo es capaz de dar la temperatura
promedio de la parte del tanque que est cubierta con producto yla temperatura promedio de los vapores del producto.
La sonda Prothermo puede incorporar en su extremo, una sonda
capacitiva de hasta 2.000 mm de longitud para medir el nivel de
agua existente en un depsito de almacenamiento de hidrocarbu-
ro. Este nivel de agua ser restado del volumen total y ofrecer al
operador una lectura ms real del producto de proceso. Sonda multipunto de temperatura Prothermo NMT539
Transmisores de temperatura promediomodelo Prothermo NMT539:
Integrador de las variables de procesoIndicador a Pie de Tanque NRF 590
El transmisor de campo NRF590, adems de ser un indicador a
pie de depsito de hasta 6 instrumentos con protocolo Hart (radar,
sonda multipunto de temperatura, transmisor de presin)
es capaz de alimentar toda la instrumentacin conectada con
protocolo HART en topologa multidrop. La gran ventaja de este
integrador de seales es que, puede alimentar a los instrumentoscon una clasificacin elctrica de seguridad intrnseca evitando su-
bir mangueras con alimentacin independiente a la parte superior
del depsito que generalmente est clasificada como Zona 1 (alto
riesgo de ignicin)
Desde el integrador NRF 590 se puede visualizar y configurar toda
la instrumentacin asociada evitando subir a la parte superior del
depsito para la configuracin punto a punto.
El Tank Side Monitor NRF 590 es capaz de transferir la infor-
macin de las variables de campo a un PLC, DCS o SCADA con
alguno de los siguientes protocolos de comunicacin estandariza-
do: EIA-485 Modbus, Sakura V1, Whessoematic WM 550 o Enraf
BPM.
Integrador de las variables de proceso Tank Side Moni-
tor NRF 590
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La unidad TankVision incorpora un servidor Web que permite
la configuracin de cada uno de los tanques, el clculo de las
correcciones sobre la medicin de nivel y la monitorizacin de
los tanques, ejecutable desde cualquier navegador de Internet.
La aplicacin es independiente de la plataforma PC donde se
ejecuta y es accesible desde cualquier punto de la red Ethernet a
la que estn conectadas las unidades TankVision.
Modbus
Host LinkFieldCare
LAN TCP/IP
Data Concentrator
(Field Protocol)
V1, Modbus,
WM550,
TankVision
NXA820 Scanner
Monitorizacin en el Tank Vision NXA820
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Pantallas de definicin de los tanques.
Pantallas de definicin de productos.
Informacin detallada del nivel y la temperatura en cada uno de los tanques.Informacin acerca del estado de alarmas en cada uno de los tanques.
Registro de las variables medidas peridicamente para su posterior visualizacin y anlisis.
Informes peridicos de alarmas.
Envo de mensajera SMS, emails, llamadas en el suceso de alarmas.
Avanzada gestin de usuarios para proteger la planta y el acceso no autorizado a la aplica-
cin: Diferentes usuarios con diferentes derechos sobre la aplicacin (accesos restringidos a
pantallas, acciones, etc..)
Caractersticas :
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Glosario de trminos
TOV: Total Observed Volume (a la temperatura obserbada)
CTsh: Correction for Tank Shell Temp. Effect
FWC: Free Water Correction
TCT: Tank Capacity Table
FRC: Floating Roof Correction
GOV: Gross Observed Volume = (TOV-FWC) x CTsh +/- FRC
VCF: Volumetric Temperature Correction (correccin a travs de
tablas estandarizadas segn API/ASTM)
OD: Observed Density (lectura del transmisor de presin / presin
diferencial de la densidad a temperatura de proceso)
RD: Referente Density (a temperatura de 15 grados centgrados)OD = RD x VCF
La masa se obtiene directamente de GOV x OD
CP XXXD/23/es/11.09INDD 2.0
Espala
Endress+Hauser,S.A.Constituci, 3A08960 Sant Just DesvernBarcelonaTel. +34 93 480 33 66Fax +34 93 473 38 39http://[email protected]