Ultrasonido

Medición de Nivel y Caudal por Ultrasonido
Josey Avilés Espinoza, alumno Ing. Civil Electrónica Universidad Técnica Federico Santa María
Abstract-- El presente trabajo otorga una primera visión respecto a la utilización del ultrasonido en la medición d e niveles y flujos. Se entrega una descripción de los principios físicos involucrados y algunos aspectos prácticos.

II. PRINCIPIO DE MEDICIÓN Actualmente en el mercado existe una gran variedad de productos para la medición de nivel y flujo, principalmente diferenciados por el principio de medición que utilizan. Por mencionar algunos: de efecto coriolis, vórtex, electromagnético y ultrasonido, para la medición de flujo; y para el caso de nivel: por flotación (como el caso del inodoro), microondas, capacidad, conductividad y ultrasonido.Cada uno de estos métodos o principios de medición poseen características que les hacen apropiados para diversas aplicaciones, en particular en este caso nos abocaremos al estudio del ultrasonido como instrumento para la medición. Antes de continuar, se mencionarán algunos aspectos básicos sobre el ultrasonido. A. El ultrasonido Un oído normal tiene un rango de frecuencias audible que va de los20 a los 20K Hertz aproximadamente. Una onda sonora que posee una frecuencia por sobre este rango se denomina ultrasonido. El sonido es una forma de transmisión de energía descrita por medio de las diferencias de presión que se producen en un medio, adoptando las características de una onda en su propagación. Este tipo de ondas se denominan ondas mecánicas y una de sus principales característicases que para su propagación necesitan de un medio transmisor, cuyas características influirán principalmente en su velocidad de propagación. De esta forma, el sonido se propaga a través de un medio a una velocidad dependiente de su composición y temperatura principalmente. La tabla 1 presenta una lista de la velocidad de propagación del sonido en distintos medios a una temperatura dada. Medio Aire(0º C) Aire (20º C) Helio Agua (0º C) Agua (20º C) Aluminio Velocidad [m/s] 331 343 965 1402 1482 6420

I. INTRODUCCIÓN

S

in duda el nivel y caudal constituyen dos de las variables más importante dentro del ámbito del control de procesos. No es difícil imaginar algunas aplicaciones en que la determinación de estas variables resulta relevante, por ejemplo en el caso de un artefacto tancotidiano como lo es el estanque de un inodoro, éste posee un sistema de control para regular el paso de agua hasta alcanzar el nivel necesario para su correcto funcionamiento. En este caso hablamos de un dispositivo llamado “flotador” que se suspende sobre el agua conectado a una válvula que regula el ingreso de agua al estanque, así, por acción mecánica la válvula se va cerrando a medida que el niveldel estanque aumenta. Algo sencillo que quizás puede pasar inadvertido en nuestro quehacer cotidiano, de no ser porque a veces este sistema falla...!qué incómoda situación!. Bueno, si ahora nos situamos en un contexto más sofisticado, digamos una planta de producción de papel, o en general, una industria en donde se tiene un estanque para la mezcla de ciertas substancias como parte del proceso deproducción. Entonces, seguramente será necesario mantener un cierto nivel de mezcla en el interior de tal manera que las aspas que ayudan a la cohesión de las substancias cumplan su función en forma íntegra, como también será de interés el permitir el ingreso de las substancias en la proporción adecuada. Así, ahora es de interés también determinar la cantidad de sustancia que está ingresando parasaber cuando es necesario aumentar o disminuir la cantidad de una u otra sustancia que ingresa al estanque. Esto es, ahora es importante medir el flujo de las substancias necesarias para la mezcla, y probablemente van a existir algunas otras variables de importancia dependiendo del tipo de proceso: temperatura, presión, entre otras. A diferencia del ejemplo anterior, en este caso el hecho que...