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Recomendaciones para la selección e instalación de sensores sumergibles de nivel hidrostático

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  • Recomendaciones selección e instalación sensores sumergibles nivel hidrostático

Las causas más comunes de las roturas o mal funcionamiento de los sensores sumergibles de nivel hidrostático están relacionadas, en un 90%, con la calidad de la instalación, así como de las medidas tomadas por el fabricante en el proceso de su diseño y fabricación.

Una enumeración básica de estas causas incluye:

Tipo de construcción

En un sensor sumergible, la zona más expuesta al ingreso de fluido al interior de la electrónica es en la transición del cuerpo del sensor al cable, que debe ser IP68 y, lo que es más importante, permanecer así durante muchos años de uso. Por ello, se recomienda la utilización de sensores con el cable moldeado a la parte posterior del sensor por inyección, equipados además con un tubo de ventilación para compensar la presión atmosférica de manera ágil y fiable.

El uso de un tubo de ventilación de un diámetro suficientemente grande es muy importante, especialmente en aplicaciones con bajos rangos de medida. Por ejemplo, durante el paso de una tormenta, la presión atmosférica puede variar hasta 0.7 mH2O en muy poco tiempo. Para un rango de medida de 10 mH2O, esto representaría una variación del 7% del FS, que se compensaría muy lentamente si el tubo de ventilación fuese demasiado fino, dando lugar a lecturas erróneas y falsas alarmas.

Algunos fabricantes utilizan un prensaestopa para sujetar el cable. Esta técnica es menos costosa que el método de moldeado por inyección, pero tiene serias limitaciones cuando se usa en rangos de presión superiores a 50 mH2O. Además, se debe tener cuidado no apretarlo demasiado por temor a colapsar el tubo de ventilación en el cable.

En el mercado existen también sondas en los que se utilizan cables sin tubos de ventilación, dejando que los sensores “respiren a través de los intersticios del cable". Si bien el cable es sustancialmente más barato, ralentiza sustancialmente la compensación de la presión, algo extremadamente crítico en bajos rangos (como mencionamos antes) o en aplicaciones con cables de gran longitud.

Por último, si se utilizan juntas tóricas, se debe tener en cuenta su composición a la hora de valorar la compatibilidad de todo el sensor con el fluido. Además, si bien es cierto que los sensores con junta tórica pueden ser reparados, también lo es que el grado de fallos e incidentes provocados por filtraciones del fluido a su interior es significativamente mayor.

Condensación de líquido en el tubo de referencia y en el cable

La causa que genera el 90% de las roturas de los sensores sumergibles de nivel hidrostático es la condensación de agua en el cable y en el tubo de referencia atmosférica, que baja por gravedad hasta alcanzar la electrónica del sensor. El extremo abierto del cable sumergible de los sensores de presión está habitualmente instalado en zonas con un alto % de humedad relativa y las moléculas de agua se difunden fácilmente por el tubo de referencia y a través de los intersticios del cable, tendiendo a condensarse en cuanto existen temperaturas inferiores al punto de rocío (normalmente a mayor profundidad). Evitar este efecto es posible mediante técnicas constructivas y de montaje.

En lo referente a la construcción, se recomienda que el diseño del sensor contemple un tubo de referencia atmosférica sin contacto con la electrónica y sin posibilidad de circulación de aire, de modo que si existe condensación se forme una gota que por capilaridad no tenderá a bajar hasta el sensor. Por otra parte, para evitar que la condensación entre los intersticios del cable sumergible dañe la electrónica, es recomendable que toda la electrónica del sensor esté protegida en un gel de silicona u otro material inerte y estanco, que evite en gran medida la humidificación de esta, interponiendo una barrera física.

Respecto al montaje, el punto crítico en toda instalación de estos sensores es, sin lugar a dudas, el punto de conexión eléctrica del cable sumergible. Este es el punto por donde las moléculas de agua se difunden y condensan en el cableado. Por ello se recomienda el uso de cajas de interconexión estancas IP65, que incorporen filtros de polvo, conectores de clemas y un elemento desecante reutilizable, con indicación de saturación de humedad, para mantener seco el aire que penetra en el tubo de referencia atmosférica.

Sobretensión entre la masa y la alimentación del sensor por tormentas eléctricas

Se estima que el potencial de nube a tierra es de 10 a 100 millones de voltios, lo que causa la ionización de las moléculas del aire y la creación de un camino de conducción hacia el suelo. La magnitud del ataque puede ser de 10.000 a 220.000 A, con un tiempo de subida de entre 0.1 y 10 microsegundos. A medida que la energía se descarga en la tierra, el potencial cambia drásticamente, sometiendo a la tierra a más de 10.000 voltios por encima de lo normal.

El mismo fenómeno puede ocurrir en lagos, ríos o embalses, donde la energía se descarga a través del agua, por lo que cualquier dispositivo dentro de ella puede ser sometido a grandes potenciales de voltaje, lo que puede causar daños catastróficos si no están debidamente protegidos. Dado que la mayoría del aislamiento en los cables tiene una clasificación de 600 voltios, es importante proteger la instrumentación sensible y los componentes de control contra la sobretensión y sobrecorriente.

Estadísticamente, pocos rayos caen con más de 200.000 A y una tasa de subida de 200KA/µs, por lo tanto, los sistemas de protección de esta instrumentación deben estar diseñados para prevenir daños debido a ataques cercanos. La especificación más importante es la tensión de "paso" durante el transitorio y los sistemas de instrumentación deben ser capaces de soportar estos voltajes sin daños, mediante supresores o aisladores integrados o externos.

Corrosión de los elementos sumergidos en contacto con el fluido

El acero inoxidable 316 y 316L son aleaciones de hierro con relativamente buena resistencia a productos químicos corrosivos. Sin embargo, cuando se someten a un proceso de soldadura, se crean contaminantes en dicha zona, donde una mayor parte de hierro está expuesta a la superficie sin un alto contenido de cromo, lo que hace que sea más susceptible a la corrosión en contacto con fluidos agresivos.

Una alternativa recomendable para casos muy exigentes es la utilización de sensores de titanio, soldados por haz de electrones, pues son mucho más resistentes a la corrosión, incluidas sus soldaduras. También se recomienda valorar otros materiales, como el Hastelloy.

Respecto a los cables, en determinadas aplicaciones se recomienda el uso de materiales como el Hytrel o el PVDF (Kynar) con alta resistencia a hidrocarburos y a algunos ácidos, respectivamente.

La conexión a tierra del sensor también puede causar problemas de corrosión. Una mala conexión permitirá que fluya corriente entre la carcasa del transductor y la tierra, convirtiendo al sensor en el ánodo de sacrificio de un proceso de electrólisis. Si esto ocurre, las soldaduras desaparecerán y el sensor parecerá haber sufrido un ataque químico, independientemente del material utilizado.

Rotura del cable

La rotura del cable es, lamentablemente, frecuente en sensores instalados en sondeos no entubados, o en aquellas aplicaciones móviles donde el sensor es recolocado en distintos emplazamientos, pudiéndose generar rozaduras abrasivas en el cable y corrimiento de la funda externa respecto a la malla y el entramado interno del mismo por tracción de la superficie externa, sobre todo en sensores con gran longitud y peso total del cable. Por ello se recomienda la utilización de cables de poliuretanos de alta calidad, apantallados con malla metálica y plástico metalizado internos, incluyendo refuerzos contra tracción mecánica.

Algunos fabricantes incluyen en el cable una cinta de kevlar con altísima resistencia a la tracción y bajísimo coeficiente de elasticidad, embutido y anclado a la parte trasera del cuerpo del sensor para evitar que sobrecargas mecánicas accidentales sean soportadas por los hilos de señales eléctricas, manteniendo además la integridad del cable en su conjunto, así como del tubo de referencia atmosférica.

Deriva de la medida y falta de estabilidad a medio/largo plazo

Esta es una de las mejores formas de evaluar el diseño y la calidad del sensor, aunque muchos fabricantes no publican este dato.

Independientemente de que la aplicación sea o no exigente en términos de precisión, es muy importante prestar atención a la deriva de la medida, especialmente si la medición de nivel es a largo plazo, como el nivel de un embalse, o si se va a comparar la evaporación o las tasas de recuperación entre una prueba y otra, separadas por un plazo de tiempo prolongado.

Algunos usuarios desean ver las tendencias que ocurren estacionalmente y la fiabilidad de esos datos de tendencia depende, sobre todo, de cuan estable sea la medida. Si sus futuros proyectos dependen de esos datos, es importante que la tendencia sea real y no el resultado de un sensor inestable o con una gran deriva en sus medidas.

Equipos recomendados para la medida de nivel hidrostático

 Las características de los sensores de nivel hidrostático de GE Druck, distribuidos en España por Rosetta Technology Solutions S.L.,  hacen de estos sensores los ideales para este tipo de medida :

  • La serie 1800 de GE Druck para medida de nivel hidrostático

    El transductor PDCR 1800 (salida mV) y el transmisor PTX 1800 (salida de 4-20 mA) son la última generación de sensores de alto rendimiento totalmente sumergibles para la medida de nivel hidrostático. La combinación de un sensor de alta tecnología, junto con un acondicionamiento de señal y técnicas de encapsulado avanzadas, proporciona una solución ideal a largo plazo para mediciones de nivel fiables, precisas y económicas.

    El elemento de silicio micromecanizado está sellado dentro de un módulo de presión de titanio, completamente aislado del medio de presión. Está contenido en un cuerpo delgado de titanio soldado, terminado en un conjunto de cable moldeado por inyección. El cable tiene un núcleo de Kevlar y está clasificado IP68 para una inmersión indefinida en 700 mH2O.

    Características:

    • Rangos desde 0.75 mH20 hastsa 600 mH20
    • Precisión: ± 0.06%
    • Construcción de titanio totalmente soldada, de 17,5 mm de diámetro
    • Supresor integral de sobretensiones causadas por rayos (opcional)
    • Cables resistentes de poliuretano y resistentes a los hidrocarburos
    • Gama completa de accesorios de instalación

    Aplicaciones:

    • Agua potable: Desde la perforación de aguas subterráneas hasta las mediciones del nivel del agua superficial en ríos, canales y embalses.
    • Aguas Residuales: Monitorización de niveles de aguas residuales secundarias y de caudal de salida y niveles de aguas subterráneas contaminados en sitios de relleno de tierras.
    • Nivel de tanque: Desde buques de almacenamiento de líquidos terrestres hasta la monitorización del tanque de lastre de un buque.
    • Agua de mar: Aplicaciones ambientales marinas, incluida la medición de mareas, protección contra inundaciones costeras y perfilado de olas, entre otras

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