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Medición hídrica de alta precisión para una gestión eficiente


Alejandro Asenjo - 23 de septiembre 2020


La crisis hídrica que afecta a Chile hace fundamental contar con información precisa y oportuna, mediante instrumentos de medición y control que permiten monitorear efectivamente el nivel de aguas subterráneas, generando conocimientos, datos e información que faciliten la toma de decisiones, para el mejor uso y eficiencia de los recursos. En Welko buscamos permanentemente los instrumentos y equipos más adecuados en precisión, tecnología, eficiencia y desempeño, que se ajusten a las necesidades específicas de medición, registro y transmisión de datos, con la más alta calidad.


Bajo la premisa “no se puede controlar lo que no se mide”, el Sensor de Nivel por Presión Hidrostática 26Y – Keller Druck es un instrumento pionero en su tecnología y compacto en diseño, ideal para aplicaciones de medición de nivel en pozos, con un bajo costo en comparación con otras alternativas, como el sensor de cuerda vibrante o el medidor de nivel ultrasónico, las que no califican para este propósito debido a las grandes profundidades que generalmente hay en los pozos de agua y el pequeño diámetro disponible para la operación del sensor. Asimismo, permite un uso más eficiente de los recursos, con ahorros de hasta un 75% para el caso de un estanque de 10 m de altura.


Sensor de Nivel y transmisor por presión Hidrostática 26Y - Keller Druck


Aplicaciones


  • El Sensor de Nivel por Presión Hidrostática 26Y representa un instrumento competitivo para medir el nivel en estanques v/s el sensor ultrasónico o transmisor de nivel de radar, ya que tiene rango de medida desde los 0-1 mca (0.1 Bar) y no se ve afectado por los vapores.


  • Este sensor es compatible con la mayoría de los sistemas de control debido a su salida estándar de 4 a 20 mA. Si hablamos de otras señales de salida o buses de campo, Keller ofrece también otros modelos de sensores basados en la tecnología del 26y, pero con características ampliadas en la señal de salida y precisión.


  • Su diseño compacto y precio competitivo, lo hace un producto óptimo para medición por telemetría en pozos profundos y para la instalación de un sistema de control automático de bombeo.


  • Su precisión, confiabilidad, versatilidad y economía lo ha convertido en el sensor recurrente en las estaciones de medición continuas de la Dirección General de Aguas (DGA), con exitosos resultados.


Funcionamiento


Esta sonda cuenta con dos principios fundamentales que garantizan su precisión; la presión hidrostática y la tecnología piezoresistiva. La primera es proporcional a la altura de la columna del líquido por sobre un punto específico. La presión que genera, depende de la densidad del líquido y la fuerza gravitacional que actúa sobre éste, principio aplicable a líquidos de densidad conocida y homogénea (Figura. 1).


Si bien, el sensor debe estar sumergido dentro del proceso, lo que podría ser un inconveniente para un estanque con un agitador, esto se soluciona al momento del montaje al instalarlo guiado en una tubería (llamada también línea de aire).



Figura 1 - Medida de la columna de agua en función de la presión hidrostática



Para entender el segundo principio, de Tecnología Piezoresistiva, se debe comprender la medición resistiva basándose en la cualidad de los materiales, principalmente los conductores eléctricos de los cuales su valor resistivo depende del largo y sección.


Como ejemplo, se presenta un conductor de un largo y sección específicos y otro conductor de mayor largo y de menor sección. Al medir y comparar su resistencia notaremos que la de este último es mayor. Si pensamos en un conductor que podamos estirar, al hacerlo, aumenta su largo y disminuye su sección, haciendo crecer su resistencia. El efecto contrario ocurre si el conductor se encoje, disminuye su largo y aumenta su sección, reduciendo su resistencia. Al someter este conductor a una fuerza determinada, cambiará su resistencia al deformarse y este cambio está directamente relacionado con la presión ejercida. Este es el principio usado por las galgas extensiométricas, también conocidas como Strain Gage, elementos ampliamente usados en mediciones de presión y peso (Figura 2).



Figura 2 - Galgas extensiométricas


La tecnología piezoresistiva es un mejoramiento de la galga extensiométrica por el uso de semiconductores en el sensor que le aportan variadas ventajas a la medición. La principal ventaja es que el semiconductor (comúnmente de silicio) puede intervenirse electrónicamente o ¨Dopar¨, lo que mejora su conductividad y aumenta la variación de resistencia para determinada presión ejercida (Figura 3).


También conocido como efecto piezoresistivo, la variación de resistencia puede ser hasta 50 veces mayor que la galga extensiométrica, lo que permite gran precisión, así como una variada gama de rangos de medición.



Figura 3 - Sensor Piezoresistivo de presión relativa


Construcción


El tamaño altamente compacto es una de las ventajas de la tecnología piezoresistiva y el uso de semiconductores, gracias a que el elemento sensor o chip de silicio, está encapsulado junto a otros elementos dentro de una carcasa metálica, componiendo un transductor de presión.



Figura 4 - Constructor del transductor de presión


El chip de silicio es altamente elástico producto de la alta tolerancia a la fatiga de material, lo que otorga amplia estabilidad en el tiempo, aún después de muchos ciclos de presión.


El aceite donde está inmerso el chip, proporciona un medio de transmisión de la presión proveniente de la membrana de acero inoxidable, la cual está en contacto con la presión ejercida por la columna de agua a medir.


La carcasa, en conjunto con la membrana unidas a través de soldadura láser, se transforman en una cápsula altamente aislada del medio y del ruido eléctrico, comportándose como una “jaula de Faraday” –corazón- no solo en la sonda 26Y, sino de todos los instrumentos fabricados por Keller Druck.


Más información en: https://youtu.be/nySLmI1fcfM



Links de interés


https://keller-druck.com/es/empresa/noticias/piezoresistive-pressure-measurement-technology-en


https://download.keller-druck.com/api/download/ZNXrbQ82PwaGDs8Us7Jjvd/en/latest.pdf


https://download.keller-druck.com/api/download/hoCHiS7JXZn6SkvBJd2rnL/en/2008-08.pdf


www.hidrogestion.cl, www.welko.cl


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