La medida de nivel

INTRODUCCIÓN.

MEDICION DE NIVEL

La medida de nivel es junto con la presión, volumen, velocidad y caudal de gran importancia en hidrografía, hidráulica y en los procesos industriales. Aplicaciones frecuentes son las medidas de los niveles de los estanques y recipientes de todo tipo, en canales, pozos, exclusas, vertederos, etc. Esta medida sirve para determinar el contenido de los tanques para accionar dispositivos de alarma y seguridad en los recipientes a presión, para el accionamiento de válvulas y vertederos en la regulación de las centrales hidroeléctricas, para la determinación de la altura de la lamina en los vertederos de medidas, etc. En la industria química la medida de nivel se requiere para determinar la cantidad exacta de líquidos que hay que administrar en un proceso de mezcla, etc. Finalmente la medición del nivel de fluido en los procesos de destilación, calderas, etc.

La medida del nivel puede ser necesaria con mucha o poca precisión, con indicación del nivel instantáneo o con registro continuo de la medida, con medición local o transmisión a distancia de unos centenares o miles de metros. Forzosamente nos limitamos a dar una breve idea de los instrumentos más importantes, relegando su estudio más detallado a los manuales de instrumentación.

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CAPÍTULO 2.

2. MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDOS.

La medida del nivel de los líquidos es una de las mediciones fundamentales que se encuentran con más frecuencia en las industrias químicas.

El conocimiento del nivel de un líquido dentro de un recipiente puede necesitarse simplemente para comprobar la cantidad de material en existencia, para determinar la cantidad de líquido que se suministra a un proceso, o bien puede ser la medición primaria en un sistema de regulación destinado a mantener el nivel en un recipiente que forma parte de un proceso continuo.

Un factor importante es la forma del recipiente en el cual se debe medir el nivel del líquido. El grado de exactitud depende de la forma del recipiente, ya que en un recipiente alto y de pequeño diámetro puede medirse más exactamente que otro aplanado y de diámetro grande.

Recíprocamente, cuando hay que regular el nivel de un líquido, quizá sea conveniente tener un recipiente de gran sección transversal horizontal, ya que esto proporcionará capacidad de regulación al sistema. Evidentemente, la forma del recipiente no sólo influirá sobre la sensibilidad del instrumento medidor del nivel del líquido en las cuantificaciones de volúmenes, sino también habrá de tenerse en cuenta en la elección del tipo de instrumento más conveniente para el caso.

El nivel de los líquidos puede determinarse empleando diversos instrumentos de medición, que a continuación se detallan.

2.1. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA.

Los instrumentos de medida directa son aquellos que trabajan midiendo directamente la altura de un líquido sobre una línea de referencia. Los principales instrumentos de medida directa son el medidor de sonda, nivel de cristal e instrumentos de flotador.

Tubo de vidrio provisto de escala conectado al recipiente (vasos comunicados)

En un recipiente a presión este método no sería aplicable. En este caso puede medirse el nivel mediante un flotador que acciona una aguja indicadora por el procedimiento desarrollado por la firma Siemens und Haslske AG Alemania, que se representa esquemáticamente en la figura 2.1.1. El aparato, que se relaciona con el esquema en la figura 2.1.4, consta de un manómetro diferencial de flotador. Sobre la columna y por el otro el agua de otro depósito que puede ser el depósito de condensado mismo de la caldera. Al aumentar el nivel del agua en la caldera (o de cualquier otro liquido en un recipiente a presión) disminuye la diferencia de presiones, mientras que al disminuir dicho nivel aumenta ésta.

La medida directa con flotador y transmisión por cadena a un disco graduado es muy utilizada en vertederos, exclusas, prensas, etc. El esquema puede verse en la figura 2.1.3 y una fotografía de este instrumento puede verse en la figura 2.1.2. Amplitud de medida, hasta 20m.

Figura 2.1.1 Mediciòn de nivel con Figura 2.1.2 Flotador para la Figura 2.1.3

manómetro de flotador medida de niveles

2.1.1. Medidor de Sonda.

El medidor de sonda es un instrumento bastante simple para medir niveles, que consiste en una varilla o regla graduada de una longitud conveniente para ser introducida dentro de un depósito (figura 2.1.a). La determinación del nivel dentro del recipiente, se mide por lectura directa de la longitud de la varilla mojada por el líquido y es esencial que en el momento de la medición el tanque se encuentre abierto a presión atmosférica.

Este método es efectivo y ampliamente utilizado para medir el nivel en los tanques de una gasolinera, pero no es muy práctico sobre todo si el contenido a medir es tóxico o corrosivo, ya que el individuo que introduce la varilla debe estar de pie sobre la abertura del tanque para manejarla.

Otro tipo de medidor, consiste en una varilla graduada que en su extremo inferior posee un gancho que se sumerge en el seno del líquido contenido en el tanque. Luego, éste se levanta hasta que rompa la superficie del líquido, de modo que la distancia desde esta superficie hasta la parte superior del tanque represente, indirectamente, el nivel. Este instrumento se emplea, generalmente, en tanques de agua que se encuentran a presión atmosférica (figura 2.1.b)

Un sistema parecido a los descritos anteriormente es el medidor de cinta graduada y plomada que se emplea cuando es difícil que la varilla o regla tenga acceso al fondo del tanque (figura2.1.c).

Figura 2.1. Medidor de Sonda

2.1.2. Nivel de Cristal.

El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados 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 (figura 2.2)

Dentro de los medidores de nivel de cristal podemos encontrar el medidor de nivel de cristal normal y el medidor de nivel de cristal con armadura. El primero, se emplea para presiones de hasta 7 bar (figura 2.2.a). Cuando las presiones son más elevadas que 7 bar, el cristal de este medidor es grueso, de sección rectangular y protegido por una armadura metálica (figura 2.2.b).

La determinación del nivel del líquido para este tipo de medidor se puede realizar por intermedio de un cristal a reflexión o bien por transparencia. En el primer caso, tal como lo muestra la figura 2.2.c, el vidrio en contacto con el líquido está provisto de ranuras longitudinales que actúan como prismas de reflexión, indicando la zona de líquido con un color oscuro casi negro, y la zona superior en contacto con el vapor, de color claro.

En la lectura de nivel por transparencia, el líquido está contenido entre dos placas de vidrio planas y paralelas que permiten ver directamente el nivel mejorando, de esta forma, la apreciación visual del color, características o interfase del líquido, al acoplar una lámpara de iluminación al sistema.

Para mayor seguridad, las válvulas de cierre incorporan una pequeña bola que actúa como válvula de retención en caso de rotura del vidrio.

La ventaja principal de los medidores de nivel de cristal es la gran seguridad que ofrece en la lectura del nivel del líquido, pudiendo controlar con ellos, la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel.

Una debilidad de los niveles de vidrio es que son muy susceptibles de ensuciarse por las características del líquido que miden, impidiendo, de este modo, que el nivel pueda apreciarse claramente. Entre los líquidos que presentan este inconveniente figuran el caramelo y los líquidos pegajosos.

Por otro lado, el nivel de vidrio permite sólo una indicación local, pero pueden emplear espejos para lectura a distancias limitadas o bien, utilizar cámaras de televisión para mayores distancias de transmisión.

Figura 2.2. Nivel de Cristal.

2.1.3. Instrumentos de Flotador.

La medición de nivel con instrumentos de flotador es menos común en la industria en general, pero se emplea muy frecuentemente en el campo del tratamiento de aguas potables y de desechos.

Hay que señalar que en estos instrumentos, el flotador puede tener formas muy variadas y estar formado por diversos materiales según sea el tipo de fluido.

Básicamente, consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior de un tanque indicando directamente el nivel, donde dicha conexión puede ser directa, magnética o hidráulica.

2.1.3.1. Flotador de Conexión Directa.

Este modelo de flotador es, generalmente, una pieza metálica hueca de forma circular, con alambres de guía que van de la parte superior a la inferior del tanque, para limitar su movimiento. Constituye el modelo más antiguo y el más utilizado en tanques de almacenamiento de gran capacidad como los de fuel-oil y gas-oil.

El flotador de conexión directa está unido por una cadena o cinta flexible que desliza en un juego de poleas a un indicador de nivel exterior que señala

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