Manual Tank Gauging (PDF 1,48 MB) - Endress+Hauser España

Equipos que componen un
sistema de medición de nivel en tanques

Descripción de un sistema
de Medición de Nivel en Tanques
Un Sistema de Medición de Nivel en Tanques tiene por objeto determinar la cantidad de
producto almacenado en un parque de tanques.
Existen dos métodos para conocer el inventariado en tanques:
a) Sistema basado en volumen, en el que las cantidades obtenidas se basan en la medición de
nivel y temperatura.
b) Sistema basado en masa, además de la medida de nivel y temperatura se hará una corrección
de la densidad a través del peso de la columna hidrostática que genera el líquido de
proceso.
Independientemente del sistema utilizado será de gran importancia la precisión, repetibilidad
y fi abilidad de los elementos utilizados para componer cada Sistema de Medición de Nivel
completo.
Endress+Hauser les ofrece un Sistema de Medición de Nivel completo que puede estar
compuesto por:
• Transmisor de nivel radar o servo según las condiciones de proceso.
• Transmisor de temperatura promedio (multipunto o multirresistencia) con posibilidad de
medición del agua depositada en el fondo del tanque ó sonda puntual de temperatura.
• Transmisor de presión fase gas, para medición de la presión estática del tanque en caso que
el mismo esté presurizado o inertizado.
• Transmisor de presión de líquido para cálculo de la densidad del producto a través del peso
de la columna hidrostática del líquido de proceso en combinación con la medición del nivel
del tanque. Para depósitos inertizados, se utilizaría además de este transmisor el de la fase gas
para compensar el efecto de la presión vapor sobre la columna de líquido.
• Transmisor de interfase producto/agua instalado en el fondo del tanque independiente a la
sonda de temperatura promedio.

Transmisores de nivel radar
Elementos de medida que forman parte del Sistema
de Medición de Nivel en Tanques
Transmisores de nivel radar (microondas)
Las microondas son ondas electromagnéticas que se desplazan a
una velocidad próxima a la de la luz (299.790 Km/seg.) y además
se trasladan a unas longitudes de onda bastante concretas.
El transmisor de nivel radar de Endress+Hauser utiliza como
método de trabajo el principio de emisión de pulsos.
Una serie de pulsos con una frecuencia de 5.8 GHz es emitida
con una amplitud de 0.8 ns y una repetición de 3.6 MHz. Estos
micro impulsos son emitidos por la antena del medidor de nivel y
tras refl ejarse en la superfi cie del producto retornan de nuevo a la
antena a la misma frecuencia. Un circuito de muestreo se encarga
de convertir la señal en un valor legible.
Funcionamiento del radar de pulso con evaluación de fase.
(Radares con frecuencia de 5,8 MHZ)
Este equipo se utiliza básicamente para medición en
tubo tranquilizador (FMR532) .
El radar transmite un pulso electromagnético con una
banda y frecuencia defi nidas que es transmitido, refl ejado
en la superfi cie del producto y nuevamente recibido
en el radar. El tiempo de tránsito del pulso, permite
calcular la distancia entre el sistema de medición y la
superfi cie del producto (Fig.1).
Para determinar el tiempo de tránsito se utilizan cronómetros
de precisión y gracias a ellos se logra analizar
el pulso refl ejado en el producto con respecto al pulso
originalmente transmitido. Además se compara el pulso
refl ejado con respecto al pulso emitido del cual se guarda
una copia en la memoria del radar (Fig. 2).
Posteriormente se mide y compara el desfase entre la
señal transmitida y la señal recibida. Ésta comparación
se denomina evaluación de fase (Fig. 3). Gracias a la
evaluación de fase se logra reducir el error de 3 mm. de
los radares de pulso tradicionales a errores del orden de
0,5 mm.
Funcionamiento del radar con frecuencias de 26 GHz)
Al ser la frecuencia mucho más elevada, el desfase entre
la señal emitida y la recibida es mínima y permite la
medición con discrepancias menores de +/-0,5 mm sin
necesidad de la evaluación de fase.
El proceso de medición en las microondas se denomina “tiempo
de tránsito”, esto signifi ca que el transmisor calcula el tiempo de
retorno de las microondas entre el transmisor y la superfi cie del
producto y lo convierte en una señal proporcional al nivel.
La principal ventaja que ofrecen las microondas aplicadas a la
medición de nivel es que su velocidad de propagación no se ve
afectada por el medio en el que se desplazan (vapores del producto
de proceso), así como por posibles cambios de presión y/o
temperatura.

En el esquema adjunto, puede comprobarse el modelo de radar Micropilot dependiendo del rango de medida y tamaño de trompeta
seleccionado
La precisión absoluta de los transmisores de nivel radar Endress+Hauser es mejor que +/-1mm. Los requisitos de la API (American Petroleum
Institute) en los transmisores de nivel para el control de inventarios y aplicaciones custody transfer se mencionan en el Capítulo
3.1b Apéndice B (Custody Transfer).
De la tabla anterior se desprende que no se puede verifi car la
precisión +-1 mm de los radares una vez instalados, ya que la
infl uencia de la instalación aumenta la imprecisión de los instrumentos
del orden de +-3mm. Por lo tanto, un transmisor de
nivel verifi cado en campo debe tener una desviación máxima de
+/-mm con el elemento de referencia en una aplicación custody
transfer según las especifi caciones de API.
Por tanto, para cualquier tecnología de medición o marca de los
medidores, para tener una instalación aprobada “Custody Transfer”
es necesario que el elemento primario (medidor de nivel)
tenga una precisión de +/- 1 mm, para que el conjunto tenga
una precisión de +/- 4 mm, ya que los efectos de la instalación
(deformaciones del tanque, inclinaciones de la brida…) son de
+/- 3 mm.

Certifi cados de Calibración
Endress+Hauser entrega con cada radar de alta precisión, un certifi cado de calibración detallado con 10 puntos en todo el rango
de medida, lo cuál garantiza que el equipo tendrá un comportamiento lineal en todo el campo de trabajo.
La comprobación de los radares de alta precisión se realizan en el Banco de Calibración existente en la fábrica de
Endress+Hauser, considerado como uno de los mejores de Europa.
A continuación se presenta un ejemplo de un certifi cado de calibración:
Deviation
in mm
Abweichung
in mm
Endress+Hauser GmbH+Co. KG
Postfach/P.O. Box 1262
D-79690 Maulburg
Micropilot S FMR540
TAG number
Device type
Serial number
Max. Measuring range Horn antenna
Parabolic antenna
Max. permissible Deviation ± 1 mm
Electronic type
Software version
Customer number
Customer order number
Sales order number
Ambient temperature
Reference standard:
Test according to OIML R85
Measuring results / Messergebnisse
Factory Calibration Certificate
Werkskalibrierschein
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.
Der Hersteller bestätigt, dass die zu Qualitätsprüfungen des Erzeugnisses eingesetzten Messmittel
gültig kalibriert waren und auf nationale bzw. internationale Normale rückführbar sind.
Kundennummer
Auftragsnummer des Kunden
Kommissionsnummer
Umgebungs-Temperatur
Bezugsnormal:
Prüfung nach OIML R85
Messpunkt Referenz Entfernung mm Messwert mm Abweichung mm Abweichung %
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 …).
SD858F/00/a2/08.06
71023884
Reference distance in mm
Referenz Entfernung in mm
– End of document –
– Ende des Dokumentes –
Messstellen-Nummer
Gerätetyp
Seriennummer
Max. Messbereich Hornantenne
Parabolantenne
Maximale zul. Messabweichung ± 1 mm
Elektronik-Typ
Softwareversion
Measuring point Reference Distance mm Measured value mm Deviation mm Deviation %
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
995.5940
2553.008
4110.195
5666.451
7223.836
8781.246
10339.12
11895.49
13452.94
15008.95
Operator
Date of inspection
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
Das Gerät entsprach zum Zeitpunkt der Prüfung
unter den angegebenen Bedingungen an den
aufgeführten Messpunkten den Vorgaben der
genannten Betriebsanleitung (BA …).
Geprüft durch
Prüfdatum
reprint
FMR540-151XEJAC4AA
950017010AD
30 m
40 m
4 ... 20 mA, HART
V01.01.00 HART
ROK07-05-1266
10466407 000010
23°C±5°C
Jenaer Messtechnik ZLM 500 S.Nr.: 225-91595/2
106075
04. Jun 2007
Obere Toleranzgrenze
Abweichung (digital)
Untere Toleranzgrenze

Elección del transmisor radar Micropilot
La elección del equipo radar depende directamente de:
a) Precisión requerida en la medida de nivel
Este parámetro, marcará la decisión entre elegir un radar de +/- 1 mm de precisión
(Micropilot S) o bien un radar de inventariado de +/- 3 mm de precisión (Micropilot M
o Levelfl ex M)
b) Tipo de producto de proceso (constante dieléctrica del producto)
Junto con la altura del depósito, la constante dieléctrica del producto defi nirá el equipo
más adecuado que garantice en todo el rango de medida la precisión y fi abilidad
descrita en el catálogo técnico. El radar, es el transmisor de nivel más adecuado para
gasolinas, fuel, biodiesel…
c) Características del depósito (techo fi jo o techo fl otante) y conexión a proceso
disponible (brida o tubo tranquilizador)
Aunque la constante dieléctrica y el rango de medida nos lleven a defi nir el Micropilot
más adecuado, muchas veces deberemos adaptarnos a las conexiones de proceso existentes
y cambiar la elección inicial para adaptar el radar al depósito.
d) Distancia de la conexión a proceso a las paredes del depósito
El radar emite un haz de energía polarizado que tiene una apertura (ángulo de emisión).
En las aplicaciones con el requisito de alta precisión, debe garantizarse que en
todo el rango de medida el haz de emisión no tocará las paredes del depósito.
FMR540
FMR533
FMR532

Transmisores de nivel servo
modelo Proservo NMS5
Los medidores de nivel servo representan una evolución de
los instrumentos basados en fl otador. En estos transmisores
se sustituye el fl otador por un desplazador suspendido por un
hilo metálico. En lugar de un motor, el transmisor de nivel
servo utiliza un servomotor para hacer subir y bajar el desplazador,
cuyo peso y fl otabilidad se mide de forma continua por
un sistema de pesaje, el cuál efectúa el control sobre el servo
sistema.
En el siguiente esquema se muestran los componentes de un transmisor de nivel servo:
El transmisor servo, es el único instrumento capaz de medir
nivel con fi abilidad en aplicaciones con hidrocarburos ligeros,
LPG (Liquefi ed Petroleum Gas) o LNG (Liquefi ed Natural
Gas). Las características técnicas del servo lo hacen muy adecuado
para solventar aplicaciones en Sistemas de Medición
de Nivel: precisión +/- 0,7 mm, rango de medida hasta 28
metros y soporta temperaturas de proceso desde -200 a +200
grados centígrados.
Pero además, es capaz de medir el nivel de interfases (hasta
dos niveles) e indicar la densidad de cada componente (precisión
del interfase +/- 2,7 mm y precisión en la medida de
densidad de +/- 5 kg/m3).
En los depósitos que almacenan hidrocarburos, el perfi l de
densidad a lo largo de toda la altura del depósito es cambiante
(estratifi cación del producto, cambios de temperatura…) por
ello es necesario tener un promedio de la densidad para poder
hacer un cálculo correcto de la masa almacenada. El servo
incluye la función de visualizar la densidad del producto en
16 alturas diferentes para poder hacer un cálculo más realista
de la densidad promedio.
El transmisor Proservo incluye además la compensación
automática de la expansión del cable y variación del peso del
desplazador por las condiciones de proceso (temperatura).

Transmisores de temperatura promedio
modelo Prothermo NMT539:
Se ha comentado la importancia que tiene una medida de nivel
precisa y fi able en un Sistema de Medición de Nivel, pero la
temperatura tiene un papel fundamental para realizar todas las
correcciones de volumen/masa así como la deformación que sufre
el depósito por las dilataciones de las paredes metálicas.
La corrección de temperatura se realiza con una sonda fl exible
multipunto que puede incorporar hasta 16 elementos de temperatura
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 información del nivel real del producto
en el tanque a través del radar o el servo. Con esta información
la sonda de temperatura Prothermo es capaz de dar la temperatura
promedio de la parte del tanque que está cubierta con producto y
la 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 depósito de almacenamiento de hidrocarburo.
Este nivel de agua será restado del volumen total y ofrecerá al
operador una lectura más real del producto de proceso. Sonda multipunto de temperatura Prothermo NMT539
Integrador de las variables de proceso
Indicador a Pie de Tanque NRF 590
El transmisor de campo NRF590, además de ser un indicador a
pie de depósito de hasta 6 instrumentos con protocolo Hart (radar,
sonda multipunto de temperatura, transmisor de presión…)
es capaz de alimentar toda la instrumentación conectada con
protocolo HART en topología multidrop. La gran ventaja de este
integrador de señales es que, puede alimentar a los instrumentos
con una clasifi cación eléctrica de seguridad intrínseca evitando subir
mangueras con alimentación independiente a la parte superior
del depósito que generalmente está clasifi cada como Zona 1 (alto
riesgo de ignición)
Desde el integrador NRF 590 se puede visualizar y confi gurar toda
la instrumentación asociada evitando subir a la parte superior del
depósito para la confi guración punto a punto.
El Tank Side Monitor NRF 590 es capaz de transferir la información
de las variables de campo a un PLC, DCS o SCADA con
alguno de los siguientes protocolos de comunicación estandarizado:
EIA-485 Modbus, Sakura V1, Whessoematic WM 550 o Enraf
BPM.
Integrador de las variables de proceso Tank Side Monitor
NRF 590

Monitorización en el Tank Vision NXA820
La unidad TankVision incorpora un servidor Web que permite
la confi guración de cada uno de los tanques, el cálculo de las
correcciones sobre la medición de nivel y la monitorización de
los tanques, ejecutable desde cualquier navegador de Internet.
La aplicación es independiente de la plataforma PC donde se
ejecuta y es accesible desde cualquier punto de la red Ethernet a
la que están conectadas las unidades TankVision.
FieldCare
Data Concentrator
Host Link
LAN TCP/IP
Modbus
TankVision
NXA820 Scanner
(Field Protocol)
V1, Modbus,
WM550, …

Características :
• Pantallas de defi nición de los tanques.
• Pantallas de defi nición de productos.
• Información detallada del nivel y la temperatura en cada uno de los tanques.
• Información acerca del estado de alarmas en cada uno de los tanques.
• Registro de las variables medidas periódicamente para su posterior visualización y análisis.
• Informes periódicos de alarmas.
• Envío de mensajería SMS, emails, llamadas en el suceso de alarmas.
Avanzada gestión de usuarios para proteger la planta y el acceso no autorizado a la aplicación:
Diferentes usuarios con diferentes derechos sobre la aplicación (accesos restringidos a
pantallas, acciones, etc..)

Españla
Glosario de términos
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 (corrección a través de
tablas estandarizadas según API/ASTM)
OD: Observed Density (lectura del transmisor de presión / presión
diferencial de la densidad a temperatura de proceso)
RD: Referente Density (a temperatura de 15 grados centígrados)
OD = RD x VCF
La masa se obtiene directamente de GOV x OD
Endress+Hauser,S.A.
Constitució, 3A
08960 Sant Just Desvern
Barcelona
Tel. +34 93 480 33 66
Fax +34 93 473 38 39
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INDD 2.0