Medición de Nivel En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento del proceso como de la consideración.

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1 Medición de Nivel En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento del proceso como de la consideración del balance adecuado de materias primas o de productos finales. Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace necesario cuando se pretende tener una producción continua, cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un proceso requiere de control y medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el caso más simple, para evitar que un líquido se derrame, la medición de nivel de líquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirse en un problema más ó menos difícil, sobre todo cuando el material es corrosivo ó abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo ó cuando se encuentra en un recipiente sellado. Medición de nivel en líquidos Se dividen en tres tipos: • Los instrumentos de nivel de medida directa. • Los que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática. • Los que utilizan características eléctricas del líquido

2 Instrumentos de nivel de medida directa
Los instrumentos de medida directa se dividen en: – Medidor de sonda – Medidor de cinta y plomada – Medidor de nivel de cristal – Medidor de flotador. Instrumentos de nivel por presión hidrostática Los que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática se dividen en: – Medidor manométrico – Medidor de membrana – Medidor de tipo burbujeo – Medidor de presión diferencial de diafragma Instrumentos de nivel por característica eléctrica Los que utilizan características eléctricas del líquido se clasifican en: – Medidor conductivo – Medidor capacitivo – Medidor ultrasónico – Medidor de radiación – Medidor láser

3 Medidor de Sonda o regla
Consiste en una varilla o regla graduada, de longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación del nivel se efectúa por la lectura directa de la longitud mojada por el líquido. En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presión atmosférica. Se utiliza generalmente en tanques de gasolina.

4 Medidor de cinta Este sistema graduada y un plomo en la punta y opera bajo el principio de flotación, en el que el flotador actúa balanceado a un indicador o contrapeso que proporciona una indicación directa del nivel. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso al fondo del estanque.

5 Medidor de cristal (mirilla)
Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectador a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al tanque generalmente mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una de purga. El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.

6 Medidor de fuerza de flotación
La fuerza producida por un cuerpo sumergido, la cual es igual al peso del fluido que dicho cuerpo desplaza se conoce como fuerza de flotación. Bajo este principio se tienen dos tipos de medidores: 􀂃 Desplazadores (fuerza) 􀂃 Flotadores (movimiento) Medidor tipo desplazador Su operación se basa en el principio de Arquímedes: "Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado".

7 Medidor tipo desplazador
Consiste en cuerpo inmerso, conocido como desplazador, en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión y unido rígidamente al recipiente. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior. El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo de rotación de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Al aumentar el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el desplazador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño. Por el contrario, al bajar el nivel, menor parte del desplazador queda sumergida, y la fuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor torsión.

8 Medidor tipo desplazador
El desplazador esta suspendido en la barra, lo que restringe su movimiento y evita su contacto con cualquier parte del recipiente en que es colocado. La varilla que conecta al desplazador con la barra de torsion esta diseñada para absorber las fuerzas laterales. La precisión es del orden de ± 0,5 % a ± 1 % . El instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y cerrados a presión o a vacío, tiene una buena sensitividad pero presenta el inconveniente del riesgo de depósitos de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida y es apto sólo para la medida de pequeñas diferencias de nivel (2000 mm máximo como estándar).

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10 Medidor de flotador Consiste en un flotador, esfera de metal hueca, ubicado en el seno del líquido unido, por medio de una varilla, a una flecha rotatoria y a un cojinete que en conjunto llevan el movimiento hasta un mecanismo transmisor de balance de movimientos. Para tener máxima sensitividad es necesario que el flotador se sumerja hasta su sección más ancha.

11 Este tipo de dispositivo es el más antiguo y el más utilizado en la medición de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o a vacío, y son independientes del peso específico del líquido. Tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el flotador debe mantenerse limpio. Los flotadores tienen una precisión de 0,5 %.

12 Medidor manométrico Consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del tanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido h que existe entre el nivel del estanque y el eje del instrumento. Como las alturas son limitadas, el rango de medida es bastante pequeño, de modo que el manómetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle.

13 Medidor de tipo burbujeo
Este es uno de los métodos mas antiguos en el que tubo (sumergido en el deposito hasta el nivel mínimo) se encuentra conectado a una fuente de gas con presión suficiente para vencer la presión hidrostática generada por la columna de líquido, hasta producir una corriente continua de burbujas. La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es la presión hidrostática del líquido y conociendo la densidad del líquido se puede determinar su nivel. Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos con materiales en suspensión (el fluido no penetra en el medidor, ni en la tubería de conexión).

14 Medidor de presión diferencial
Este instrumento es el que mejor satisface los requerimientos de transmisión remota. La fuerza o el movimiento resultante es convertido a una señal normalizada de 3-15 Psig o 4-20 mA. Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del estanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del estanque. En un estanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico, es decir: P = h γg en la que: P = presión h = altura del líquido sobre el instrumento γ= densidad del líquido g = 9,8 m/s2

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16 Las celdas o d/p cell, como se conocen, pueden instalarse en tanques atmosféricos o en tanques a presión, variando su esquema de instalación.

17 La precisión de los instrumentos de presión diferencial es de ±
0,5 % en los neumáticos, ± 0,2 % a ± 0,3 % en los electrónicos, y de ± 0,15 % en los “inteligentes” con señales de salida de 4- 20 mA C.D. Un punto importante en la especificación es el material del diafragma y debe ser el adecuado para resistir la corrosión del fluido (existen materiales de acero inoxidable 316, monel, tantalio, hastelloy B, inoxidable recubierto de teflón).

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20 Medidor de tipo resistivo o conductivo
El medidor de nivel tipo capacitancia Estos se basan en las propiedades eléctricas de los materiales y en forma básica existen dos tipos: Tipo resistivo o conductivo (Admitancia) Tipo capacitivo (capacitancia) Medidor de tipo resistivo o conductivo Consiste en uno o varios electrodos y un relevador eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos. El líquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrónico, y de este modo el aparato puede discriminar la separación entre el líquido y su vapor, tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera de vapor.

21 El medidor de nivel tipo resistivo para
señales on-off La impedancia mínima es del orden de los 20 MΩ/cm, y la tensión de alimentación es alterna para evitar fenómenos de oxidación en las sondas por causa del fenómeno de la electrólisis. Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico y circula una corriente segura del orden de los 2 mA; el relevador electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el circuito. El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo

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28 Medidor de nivel ultrasónico
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del sólido o del líquido. La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3 %. Son adecuados para todos los tipos de tanques y de líquidos o fangos pudiendo construirse a prueba de explosión. Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos y de dar señales erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida como es el caso de un líquido que forme espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos. La utilización de la computadora permite, a través de un programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisión de la medida.

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33 MEDIDORES DE NIVEL DE SÓLIDOS Detectores de Nivel de Punto Fijo
En los procesos continuos, la industria ha exigido el desarrollo de instrumentos capaces de medir el nivel de sólidos en puntos fijos o de forma continua, en particular en los tanques o silos destinados a contener materias primas o productos finales.   Detectores de Nivel de Punto Fijo Los medidores de nivel de punto fijo proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos determinados. Los sistemas más empleados son el diafragma, el cono suspendido, la varilla flexible, el medidor conductivo y las paletas rotativas. 

34 Para medir el nivel de materiales sólidos almacenados, por ejemplo en silos, se han ideado diversos métodos, entre ellos el detector de diafragma. Este instrumento de medición consiste en un diafragma con una membrana flexible que se dispone al costado de la pared del tanque y contiene en su interior un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un pequeño interruptor. Cuando el nivel del sólido alcanza el diafragma, el material lo fuerza venciendo el contrapeso y cerrando el interruptor . Este puede ser mecánico o de mercurio, puede accionar una alarma o puede actuar automáticamente sobre un transportador o maquinaria asociadas al depósito. Por otra parte, el material del diafragma puede ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio y tiene una precisión de unos ± 50 mm y presenta ventajas de bajo costo, puede emplearse en tanques cerrados sometidos a baja presión o vacío gracias a una línea neumática que iguala presiones a ambos lados de la membrana y trabaja bien con materiales de muy diversa densidad. Tiene la desventaja de no admitir materiales granulares de tamaños superiores a unos 80 mm de diámetro. Detector de Diafragma

35 Cono Suspendido El cono suspendido consiste en un pequeño interruptor montado dentro de una caja impenetrable al polvo, con una cazoleta o pieza pequeña de goma de la que está suspendida una varilla que termina en un cono. Cuando el nivel de sólidos alcanza el cono, el interruptor es excitado. La cazoleta de goma permite una flexibilidad en la posición del cono gracias a la cual el aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel. Conviene tener la precaución de proteger mecánicamente el instrumento cuando se manejan materiales pesados que, en su caída desde la boca de descarga del tanque podrían dañarlo. El aparato es barato, necesita estar protegido como nivel de baja o en niveles intermedios y se utiliza sólo en tanques abiertos además, su precisión es de unos 50 mm. Sus aplicaciones típicas son la alarma y el control de nivel en carbón, granos y caliza.

36 Varilla Flexible La varilla flexible consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan, aunque sólo sea ligeramente en la varilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma. El conjunto de la unidad está sellado herméticamente pudiendo construirse a prueba de explosión. El aparato se emplea como alarma de alto nivel estando dispuesto en la parte superior del tanque. Para impedir que la simple caída del producto pueda causar una alarma infundada, éste incorpora un relé de retardo. El instrumento se emplea en tanques abiertos como alarma de nivel alto, tiene una precisión de ± 25 mm, se utiliza para materiales tales como el carbón y puede trabajar hasta temperaturas máximas de 300 °C.

37 Medidor conductivo.  El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas en conjunto y con el circuito eléctrico abierto. Cuando los sólidos alcanzan el aparato, se cierra el circuito y la pequeña corriente originada es amplificada actuando sobre un relé de alarma. Los sólidos deben poseer una conductividad eléctrica apreciable para poder excitar el circuito. Este instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y a presión, trabaja hasta temperaturas máximas de 300 °C, está limitado a materiales que tengan una conductividad de 1 a 1.4 x 10-7 mho y sólo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles intermedios. Entre los materiales en los que se pueden emplear, figuran el carbón y el carbón activo.

38 Paletas Rotativas  Las paletas rotativas consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor síncrono. Cuando el producto sólido llega hasta las paletas, las inmoviliza, con lo que el soporte del motor  y la caja de engranajes empiezan a girar en sentido contrario. En su giro, el soporte del motor actúa consecutivamente sobre dos interruptores, el primero excita el equipo de protección, por ejemplo una alarma, y el segundo desconecta la alimentación eléctrica del motor con lo cual éste queda bloqueado. Cuando el producto baja de nivel y deja las palas al descubierto, un resorte vuelve el motor a su posición inicial liberando los dos microrruptores. De este modo, el motor se excita con lo que las palas vuelven a girar, y la alarma queda desconectada. El eje de las palas puede ser flexible o rígido para adaptarse así a las diversas condiciones de trabajo dentro del silo, tales como caída de producto, deslizamientos del producto, etc. Estos aparatos son adecuados en tanques abiertos o a baja presión (máximo 10 kg/cm2), tienen una precisión de unos 25 mm y se emplean preferentemente como detectores de nivel de materiales granulares y carbón. Pueden trabajar con materiales de muy diversa densidad y existen modelos a prueba de explosión. Una aplicación típica de un control de nivel de sólidos en un tanque, que mantiene el nivel entre los dos puntos donde están situado los detectores. Cuando el material desciende más abajo del detector inferior, éste pone en marcha automáticamente la maquinaria de alimentación del producto en el silo y esta maquinaria se detiene tan pronto como el producto alcanza el detector de nivel superior. El ciclo vuelve a repetirse cuando, al ir vaciándose el silo, los sólidos descienden a un nivel por debajo del detector inferior.

39 Detectores de nivel continuos
Los medidores de nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel de los sólidos desde el punto más bajo al más alto. Entre los instrumentos empleados frecuentemente se encuentran el medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil, el medidor de nivel de báscula, el medidor de nivel capacitivo, el medidor de presión diferencial, el medidor de nivel de ultrasonidos, el medidor de radar de microondas y el medidor de nivel de radiación.  Medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil Este tipo de medidor, representado en la consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas. Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso. Éste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el acopio de sólidos. En este instante, el cable se afloja, y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo que éste asciende hasta la parte superior de la tolva, donde se para, repitiéndose el ciclo nuevamente. Un indicador exterior señala el punto donde el peso ha invertido su movimiento indicando así el nivel en aquel momento. El instrumento se caracteriza por su sencillez, puede emplearse en el control de nivel, pero debe ser muy robusto mecánicamente para evitar una posible rotura del conjunto dentro de la tolva, lo que podría dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.

40 Medidor de nivel de báscula
Una báscula es un instrumento para medir y equilibrar fuerzas (pesos), y comprende una serie de elementos esenciales tales como un medio por el cual se puede tomar y soportar la carga, que por lo general es un tanque, una plataforma, un gancho u otro método conveniente para contener la carga; un procedimiento para transmitir el peso de la carga a la fuerza equilibradora y un procedimiento para producir una fuerza suficiente para equilibrar la carga e indicar ese equilibrio. El medidor de nivel de báscula, mide el nivel de sólidos indirectamente a través del peso del conjunto tolva más producto. Como el peso de la tolva es conocido, es fácil determinar el peso del producto y por lo tanto, el nivel. La tolva se apoya en una plataforma de carga actuando sobre la palanca de la báscula o bien carga sobre otros elementos de medida neumáticos, hidráulicos o eléctricos. El sistema es relativamente caro, en particular en el caso de grandes tolvas, pudiendo trabajar a altas presiones y temperaturas. Su precisión depende del sensor utilizado, pudiendo variar de ±0.5 a  ±1%.

41 Medidor de Nivel Capacitivo.
El medidor de nivel capacitivo es parecido al estudiado en la medición de nivel de los líquidos con la diferencia de que tiene más posibilidades de error por la mayor adherencia que puede presentar el sólido en la varilla capacitiva. La lectura viene influida además por las variaciones de densidad del sólido. La varilla del medidor está aislada y situada verticalmente en el tanque y bien asegurada mecánicamente para resistir la caída del producto  y las fuerzas generadas en los deslizamientos internos. La medida está limitada a materiales en forma granular o e polvo que sean buenos aislantes, la presión y temperatura máximas de servicio pueden ser de 50 bar y 150 °C, y el aparato debe calibrarse  para cada tipo de material. Su precisión es de ± 15 mm aproximadamente.

42 Medidor de Presión Diferencial
El medidor de presión diferencial se emplea en la medida y el control continuo de nivel de lechos fluidizados. Consiste en dos orificios de purga de aire situados en el depósito por debajo y por encima del lecho. Un transmisor neumático o electrónico mide la presión diferencial posterior de los dos orificios mencionados que depende del nivel del lecho fluidizado. Por otra parte, el instrumento puede trabajar a temperaturas superiores a 300 °C y posee una respuesta rápida.

43 Medidor de Nivel de Ultrasonidos.
El medidor de nivel de ultrasonidos consiste en un emisor de ultrasonidos que envía un haz horizontal a un receptor colocado al otro lado del tanque. Si el nivel de sólidos está más bajo que el haz, el sistema entra en oscilación enclavando un relé. Cuando los sólidos interceptan el haz, el sistema deja de oscilar y el relé desexcita actuando sobre una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depósito. Disponiendo el haz de ultrasonidos en dirección vertical, el instrumento puede actuar como indicación continua del nivel midiendo el tiempo de tránsito de impulso ultrasónico, entre la fuente emisora, la superficie del producto donde se refleja y el receptor situado en la propia fuente. Como la superficie de la mayor parte de los productos sólidos reflejan los ultrasonidos, ya sea en mayor o menor grado, el sistema es adecuado para la mayor parte de los sólidos con mucho polvo, alta humedad, humos o vibraciones, y puede emplearse tanto en materiales opacos como transparentes. Sin embargo, si la superficie del material no es nítida, el sistema es susceptible de dar señales erróneas. El uso del ordenador permite resolver este inconveniente al almacenar el perfil ultrasónico del lecho del sólido e interpretarlo para obtener el nivel correcto del sólido, además de proporcionar características de autocomprobación del instrumento de medida. El medidor de nivel de ultrasonidos tiene una precisión que varía de ± 0.15% a ±1%, puede construirse a prueba de explosión y trabajar a temperaturas de hasta 150 °C.

44 Medidor de Nivel de radiación o de Rayos Gamma.
El medidor de nivel de radiación es parecido al instrumento utilizado en la determinación del nivel de líquidos. Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma, dispuesta al exterior y en la parte inferior del tanque, que emite su radiación a través del lecho de sólidos siendo captada por un detector exterior. El grado de radiación recibida depende del espesor de sólidos que se encuentra entre la fuente y el receptor. La fuente radiactiva y el receptor pueden disponerse también en un plano horizontal, en cuyo caso el aparato trabaja como detector continuo todo-nada. El instrumento puede trabajar a altas temperaturas  hasta unos 1300 °C, presiones máximas de 130 bar, en materiales peligrosos o corrosivos, no requiere ninguna abertura o conexión a través del tanque y admite control neumático o electrónico. Su precisión es de ± 1 % y su campo de medida de 0.5 por cada fuente, pudiendo emplearse varias para aumentar el intervalo de medida del nivel. Uno de sus inconvenientes es que es un sistema de coste elevado que necesita una supervisión periódica desde el punto de vista de seguridad, debe calibrarse para cada tanque y no puede aplicarse a materiales a los que afecte la radiactividad. Para finalizar, la tabla 3.2, muestra las características principales de los medidores de nivel de sólidos.

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