ES2429226B1 - Equipo automatizado para medición y control de nivel en tanques de gasóleo y similares - Google Patents

Abstract

Equipo automatizado para medición y control de nivel en tanques de gasóleo y similares, que comprende un dispositivo de medición (1) no intrusivo, incorporado en el tanque (2); una unidad electrónica (3) de control y comunicación, que recibe la información, dotada de software específico para procesar, tratar, y almacenar dicha información, y capacitada para enviarla a un servidor de internet (I), a que el usuario, mediante PC (8) u otro dispositivo puede acceder; una fuente de alimentación (4) y una barrera de seguridad intrínseca formada por uno o más aparatos electrónicos (9). El dispositivo de medición (1) consiste en una sonda por ultrasonidos o en un radar de onda guiada. La unidad electrónica (3) comprende: microcontrolador, memoria flash, puertos de comunicación, pantalla display (5), teclado (6), entradas analógicas, salidas digitales, modem de comunicaciones (7) GSM/GPRS, y conector para fuente de alimentación (4) externa.

Description

EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y CONTROL DE NIVEL EN

TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un equipo automatizado para medición y control de nivel e~ tanques de gasóleo y similares, el cual aporta a la función a que se destina varias ventajas y características de novedad, que se describirán en detalle más adelante y que suponen mejora frente a los sistemas actualmente utilizados para el mismo fin.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un equipo cuya finalidad es posibilitar la medición de nivel en tanques de gasóleo u otro~ productos similares y permitir a un usuario tener acceso, tanto de forma local como remota, a los datos de dicha medición y poder controlarla en cualquier momento dado, basándose para ello en un dispositivo de medición incorporado al tanque sin estar en contacto con el producto, una unidad electrónica de control con medios de telecomunicación por GSM/GPRS conectada vía Internet, y elementos de alimentación y protección para ambientes explosivos.

Las ventajas y aportaciones del equipo propuesto son:

-Disposición de información fiable y certera sobre el nivel de líquido, en tiempo real y en cualquier lugar, gracias a Internet, y de uno o varios depósitos o instalaciones.

Registros de todos los históricos de

mediciones. -Alarmas programables en función del nivel: sobrellenado o niveles mínimos.

Todo esto

conlleva un control en productos de

alto

coste, lo que mejora la producción y costes de

mantenimiento.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la industria dedicada a la fabricación de aparatos y dispositivos de electrónicos de medición, centrándose en los aplicables a ambientes o atmósferas explosivas, en particular tanques de gasóleo y productos similares.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, y como referencia al estado de la técnica, debe señalarse que por parte del solicitante se desconoce la existencia de ningún otro equipo automatizado para la medición y el control del nivel en tanques de gasóleo u otros productos similares ni ninguna otra invención de aplicación similar que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que concretamente presenta el equipo que aquí se preconiza, y cuyos detalles caracterizadores se encuentran convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva del mismo.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

De forma concreta, lo que la invención propone, como ya se ha apuntado anteriormente, es un equipo electrónico que de forma automática realiza la medición del nivel de gasóleo u otro producto similar contenido en uno o más tanques, permitiendo a un usuario tener acceso y poder controlar dicho nivel de dicho tanque o tanques en cualquier momento dado, ya sea in situ, de forma local, o bien de forma remota, a través de Internet.

Para ello, el equipo propuesto comprende, esencialmente, los siguientes elementos:

-un dispositivo de medición no intrusivo,

una unidad electrónica de control y comunicación,

-elementos de alimentación,

y elementos de protección para ambientes explosivos.

El dispositivo de medición no intrusivo consiste, preferentemente, en una sonda por ultrasonidos, ya que debido al tipo de producto a que se destina el equipo, se debe poder medir el nivel del tanque de forma no intrusiva, sin contacto con el elemento a medir. Debido a deficiencias en las sondas de presión y de inyección de aire, en cuanto a precisión y durabilidad en líquidos corrosivos, este tipo de sondas no son opciones validas. Además, dado que el tanque puede almacenar elementos explosivos, la sonda debe cumplir con la normativa en cuanto a este

tipo de dispositivos. En este caso ATEX Zona O,

contando, lógicamente con los elementos necesarios en cuanto a protecciones se refiere, para cumplir con dicha norma.

Así, dicha sonda por ultrasonidos, será una sonda con la electrónica integrada necesaria para la correcta medición del nivel, realizando diferentes mediciones y calibraciones a fin de eliminar ecos indeseables, así como filtros, tanto electrónicos como de software, lo que consigue una mejor lectura del nivel. Una vez realizados estos cálculos la sonda convierte esta medida en una señal legible electrónicamente por la CPU, ya sea 4-20mA (estándar), 0-SV o digital RS232 o RS485.

En una opción alternativa del equipo de la invención, sin embargo, la citada sonda por ultrasonidos podrá ser sustituida por un radar de onda guiada como dispositivo de medición no intrusivo, ya que se puede dar el caso de que se acumules gases densos en el depósito, provocando que la transmisión de la onda "sonora" en las sonda por ultrasonidos, no se realice por el aire, lo que puede dar un error en la medida en función de cuanto se ralentice la propagación de dicha onda. Además existen otros factores que pueden mermar la precisión de la medición de la sonda por ultrasonidos, como son el polvo, los vapores pesados, obstrucciones de tanques, turbulencias en la superficie, espuma, afectando a la señal de retorno cuando se utiliza un sensor de nivel ultrasónico.

Conviene tener en cuenta, así mismo, que dado que las ondas de sonido deben viajar a través de un medio, por lo general aire, los sensores por

ultrasonidos nos serán aptos para su uso con aplicaciones de vacío, donde la ausencia de moléculas de aire que evita la propagación de las ondas sonoras.

Por otra parte, las unidades operativas de ultrasonidos son, generalmente, de plástico con lo que soportan una temperatura máxima de 60° C. Además, diferentes temperaturas de proceso pueden generar

lecturas

inexactas nivel, pero para solventar esto, la

sonda

realiza una compensación de la medida según la

temperatura.

Paralelamente, los dispositivos de ultrasonidos no están destinados a límites de presión extrema, las presiones máximas de trabajo no debe exceder de 2 bar (30 psi) .

Las condiciones ambientales, tales como vapor, humedad de condensación, y otros contaminantes, pueden modificar la velocidad del sonido a través del aire y afectar en gran medida la precisión de la señal de retorno.

Por tanto, el dispositivo de medición que contemple el equipo de la invención consistirá en una sonda por ultrasonidos solamente cuando el entorno sea predecible, ya que una mala calidad del aire entre el sensor y la superficie del líquido puede ser problemática, y hay que tener en cuenta también la superficie del líquido, donde cualquier perturbación de la misma afectará a la información de medición de nivel. Sin embargo, la tecnología de medición de nivel de líquido en el recipiente de proceso mediante transmisores por ultrasonidos proporciona una solución de nivel de medida aceptable cuando se aplica correctamente.

Por su parte, la opción alternativa, como se ha señalado anteriormente, es incorporar un radar de onda guiada (GWR) que utiliza una sonda para guiar a alta frecuencia ondas electromagnéticas. El sensor puede dar salida a nivel de análisis como una lectura de medición continua a través de una salida analógica,

o puede convertir los valores en las señales de salida de conmutación libremente posicionable.

La ventaja que presenta, a diferencia de las tecnologías más antiguas, es que el GWR ofrece lecturas de medición independientemente de las propiedades químicas o físicas del producto. Además, la medición se realiza igualmente bien en líquidos y sólidos, siendo adecuado para una variedad de aplicaciones de medición de nivel:

-Condiciones inestables del producto, tales como cambios en la viscosidad, densidad, acidez, no afectarán su precisión en la medición.

Superficies agitadas o en ebullición; superficies con polvo o espuma, y vapor no afectan el rendimiento del dispositivo. Además también trabaja con los fluidos en movimiento, tal como tanques de recirculación, mezcladoras de hélice, y los tanques de aireación.

En condiciones de temperatura y presión altas se funciona adecuadamente, soportando temperaturas de hasta 315 o e y presiones de hasta 580 psi.

Polvos y líquidos pegajosos, tanques de vacío, llenos de aceite de cocina usado, tanques de pintura, látex, grasa animal, serrín, carbón negro,

tetracloruro

de titanio, sal, y grano son ejemplos de

productos

y sustancias con las que el GWR trabaja

correctamente.

En cualquier caso, el dispositivo de medición, especialmente si consiste en una sonda por ultrasonidos, irá colocado de forma horizontal en la parte superior del tanque. Dado que la medida se realiza desde la línea longitudinal de la sonda hasta la horizontalidad del nivel del líquido, si el montaje de la sonda no es el correcto (a nivel) entonces la distancia medida no será exacta, ya que la distancia será mayor a la real.

Por otra parte, la sonda por ultrasonidos genera un haz de ondas sonoras, este haz no es un "rayo" idealmente infinitesimal, sino que se abre en ur. cono, el cual tiene su vértice en el transductor de ultrasonidos, el cual, en función de la sonda puede ser mayor o menor. Por tanto dicha zona debe estar libre para que la medida sea correcta, con lo que la sonda deberá estar separada a 30cm ( 60cm para asegurar) de cualquier "pared" del depósito. Aun así, la sonda dispone de un software que calcula los ecos indeseados por paredes cercanas a fin de minimizar falsas medidas.

Asimismo, la sonda tiene una zona muerta de aproximadamente unos 153mm, si el nivel se encuentra por encima de esta zona, la medición será de nivel máximo. Esto se puede solventar montando la sonda sobre un tubo que suplemente esta distancia sobre el nivel máximo del depósito.

Hay que tener en cuenta también que el depósito tiene una capacidad (volumen) que se puede ocupar por el producto que queremos medir. En este caso

gasóleo o similar. Sin embargo, si se van depositando posos en el fondo, tendremos una falsa medida, dado que la sonda medirá el nivel del líquido, pero éste puede no corresponderse con el verdadero volumen, ya que existiría parte de este volumen ocupado por suciedades. Para evitar tal inconveniente, deberá realizarse una limpieza periódica de los depósitos.

Siguiendo con las particularidades del equipo preconizado en la presente invención, cabe destacar que la unidad electrónica de control y comunicación con que está dotado, que dotada de un software específico, es la encargada de recibir la información de la sonda procesarla, tratarla, almacenarla y, cuando sea necesario, enviarla para que el usuario pueda acceder a ella.

Para ello, dicha unidad comprende,

esencialmente,

un microcontrolador, memoria flash

puertos

de conexión para comunicaciones en local,

entradas

analógicas configurables, una de ellas

configurada para lectura de la sonda analógica de medición, salidas digitales para uso general, display, teclado y modem de comunicaciones GSM/GPRS. La unidad así conformada se conecta a una fuente de alimentación de tipo convencional, apropiada a las características de la misma.

Con ello el equipo proporciona los elementos necesarios para procesar la información y representar, in situ, la medida obtenida y el volumen, además permite enviar la información a un servidor accesible por los clientes finales desde Internet.

De esta forma, la sonda mide el nivel de líquido con referencia a la posición de la misma en el

tanque. Una vez medido este nivel, la unidad de control del equipo, recibe la información de la sonda y calcula el volumen en litros en función de unos parámetros que se le han introducido previamente sobre las dimensiones y la capacidad del tanque en cada caso.

El tamaño de dicho tanque puede ser a priori desconocido, y a menudo estar enterrado, en cuyo caso deberá medirse sin tener acceso al exterior del tanque, puesto que solo habrá acceso a él por la tapa (boca de acceso). Si la forma del tanque es regular, se calculará su volumen mediante la fórmula correspondiente. En cualquier caso, como se ha señalado, deberán introducirse los parámetros de volumen del tanque en la memoria de la unidad de control.

Cabe mencionar que en depósitos que tengan una gran superficie cualquier error que se pueda producir en la medida de altura será directamente proporcional a la superficie, por lo que en tales casos

será

aconsejable la instalación de dispositivos de

medición

más precisos, siendo preferible, pues, la

instalación

del radar de onda guiada a la sonda por

ultrasonidos.

Finalmente el equipo contempla la incorporación de los elementos de protección necesarios para cumplir con la normativa existente relacionada con ambientes explosivos, especialmente la norma ATEX Zona

O. Para ello se contempla la instalación de una barrera de seguridad intrínseca entre el dispositivo de medición y la unidad electrónica de control.

Como es sabido, la seguridad Intrínseca es un método de protección contra explosiones basado en el criterio de "Prevención". El empleo de este método previene la ignición del medio inflamable gracias a que los instrumentos colocados en el área peligrosa son incapaces de generar o almacenar suficiente energía, a la vez que se limita, mediante el empleo de dispositivos conocidos corno Barreras de Seguridad Intrínseca, la energía que le es suministrada al instrumento desde el área segura.

El empleo de la Seguridad Intrínseca mantiene lirnitactos a niveles seguros la corriente y el voltaje (energía eléctrica) en el área peligrosa, lo que impide que se produzcan chipas capaces de generar una explosión. Corno consecuencia de ello, también se produce una limitación de la energía calórica disipada por el instrumento, con lo cual se elimina la posibilidad de que ocurra una explosión por altas temperaturas.

Visto lo que antecede, se constata que el equipo automatizado para medición y control de nivel en tanques de gasóleo y similares representa una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora en su campo de aplicación, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando del equipo objeto de la invención, y para ayudar a una mejor comprensión de las características que la distinguen, se acompaña la presente memoria descriptiva, corno parte integrante de la misma, de un

juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número 1.-Muestra una representación esquemática del equipo automatizado para la medición y control de nivel en tanques de gasóleo y similares objeto de la invención, en la que se muestran los principales elementos que comprende.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de la descrita figura 1 y única, y de acuerdo con la numeración adoptada en ella, se puede observar como el equipo en cuestión comprende, básicamente: un dispositivo de medición ( 1) ' incorporado en el tanque (2) cuyo nivel de desea medir y controlar, siendo un dispositivo de medición no intrusivo, es decir, que trabaja sin estar en contacto con el producto; una unidad electrónica (3) de control y comunicación, conectada a dicho dispositivo de medición (1) para recibir la información del mismo, la cual está dotada de un software específico para procesar, tratar, y almacenar dicha información, estando además capacitada para enviarla a un servidor de Internet (I) , desde el que el usuario, mediante un PC (8) u otro dispositivo electrónico apropiado, puede acceder a ella; y una fuente de alimentación (4) para conectar la unidad electrónica (3) a la red y convertir, de forma convencional, la tensión alterna de la misma en tensión continua apta para alimentar los circuitos de dicha unidad.

En una realización preferida de la invención, el dispositivo de medición (1) consiste en una sonda por ultrasonidos, siendo preferentemente una sonda con

electrónica integrada y una señal de salida O... lO Vcc. ó 4 ...2 O mA., la cual permite conectarse a la unidad electrónica (3) de control.

En concreto las especificaciones técnicas la

sonda son:

Distancia de medida: desde O hasta 15, OOmm configurable

Zona muerta: 153 mm o menor.

Resolución: menor a 1 mm.

Diámetro final del haz: 30 cm.

Alimentación eléctrica: 24Vcc. (15-28Vdc), < 1,5A. Salida estándar: 4-20mA o 0-10Vcc. Temperatura de trabajo: -10 a +50 Sujeción a depósito: rosca macho G de 2" Protección estándar: IP66. Salidas: 4 ...20mA. Protección: IP68, ATEXII.

Dicha sonda tiene un circuito integrado lineal del tipo ultrasónico con gran precisión, gracias a la electrónica integrada, que varía la salida, ya sea de tensión o de corriente suministrada, en función de la distancia que haya al líquido barro u objeto.

La señal de salida a 4-20mA o 0-10Vcc.

(estándar) es acondicionada para que pueda ser leída por la unidad electrónica (3) de control. No hay contacto con el producto a medir, no tiene mantenimiento y es muy fácil de instalar.

En una opción alternativa del equipo de la invención, el dispositivo de medición (1) consiste en un radar de onda guiada.

En cualquier caso, el dispositivo de medición

(1) se coloca dispuesto horizontalmente en la parte superior del tanque (2) y está dotado de los elementos de protección necesarios para cumplir con la normativa existente relacionada con ambientes explosivos, especialmente la norma ATEX Zona O.

Para ello el equipo preconizado contempla la instalación entre el dispositivo de medición (1) y la unidad electrónica (3) de control, de una barrera de seguridad intrínseca formada por uno o más aparatos electrónicos (9) capaces de mantener limitados a niveles seguros la corriente y el voltaje que se suministran al dispositivo de medición (1), consiguiendo a la vez limitar también la energía calórica disipada por el dispositivo de medición (1) en el área peligrosa del depósito (2).

Por su parte, la unidad electrónica (3) de control y comunicación consiste en un aparato que, preferentemente, comprende:

Microcontrolador, de 8bits (Versión V1) y de 32 bits (Versión V2) en adelante,

Memoria flash,

Reloj RTC (real time clock),

Puertos de comunicación, RS232, RS485,

Puerto USB para comunicaciones en local,

Pantalla display (5), preferentemente de 16x4

Teclado (6), preferentemente de 6 teclas pero con posibilidad de incorporar un teclado matriz de hasta 4x4 teclas.

Cuatro entradas analógicas configurables, de las que la primera viene configurada como entrada 4-20mA para lectura de sonda analógica de medición de nivel por ultrasonidos. Sirviendo dichas entradas para medir otro tipo de sondas, corno temperatura.

Ocho salidas digitales para uso general

Modern de comunicaciones (7) GSM/GPRS,

Salida de cable de antena o antena integrada,

Y conector 9-24v para la antedicha fuente de alimentación (4) externa.

Por su parte, dicha fuente de alimentación

(4) bien puede ser del tipo que no tiene entrada de tierra, es de una potencia de entre 20 a 25 w y soporta 65° antes de caer su potencia al 50%, o bien del tipo que si tiene entrada de tierra, es de 16,5 a 30w y su potencia cae al 70% a los 50°C.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así corno la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (7)

1. R E I V I N O I e A e I O N E S
2. 2.-EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y CONTROL DE NIVEL EN TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES, según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de medición ( 1) consiste en una sonda por ultrasonidos.

   1.-EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y CONTROL DE NIVEL EN TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES, caracterizado porque comprende: un dispositivo de medición (1) no intrusivo, incorporado en el tanque (2) cuyo nivel de desea medir y controlar; una unidad electrónica (3) de control y comunicación, conectada a dicho dispositivo de medición (1) que recibe la información del mismo, que está dotada de un software específico para procesar, tratar, y almacenar dicha información, y provista de medios para enviar dicha información a un servidor de Internet (I) , desde el que el usuario, mediante PC (8) u otro dispositivo electrónico apropiado, puede acceder a ella; y una fuente de alimentación (4) para conectar la unidad electrónica (3) a la red.
3. 3.-EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y CONTROL DE NIVEL EN TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES, según la reivindicación 2, caracterizado porque la sonda por ultrasonidos cuenta con electrónica integrada y una señal de salida 0... 10 Vcc. ó 4 ...20 mA.,
4. 4.-EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y

   CONTROL

   DE NIVEL EN TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES,

   según

   la reivindicación 1, caracterizado porque el

   dispositivo

   de medición (1) consiste en un radar de

   onda guiada.

5. 5.-EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y CONTROL DE NIVEL EN TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el dispositivo de medición (1) se coloca dispuesto en la parte superior del tanque (2).
6. 6.-EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y CONTROL DE NIVEL EN TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque incorpora una barrera de seguridad intrínseca instalada entre el dispositivo de medición

   (1) y la unidad electrónica (3) de control, formada por uno o más aparatos electrónicos (9) que limitan a niveles seguros la corriente y el voltaje que se suministran al dispositivo de medición (1).
7. 7.-EQUIPO AUTOMATIZADO PARA MEDICIÓN Y CONTROL DE NIVEL EN TANQUES DE GASÓLEO Y SIMILARES, según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque la unidad electrónica (3) de control y comunicación consiste en un aparato que comprende:

   Microcontrolador, de 8bits o de 32 bits, Memoria flash, Reloj RTC (real time clock), Puertos de comunicación, RS232, RS485, Puerto USB para comunicaciones en local, Pantalla display (5), Teclado (6), Cuatro entradas analógicas configurables, Ocho salidas digitales, Modem de comunicaciones (7) GSM/GPRS, Salida de cable de antena o antena integrada, Y conector 9-24v para fuente de alimentación

   (4) externa.