Previo medición

1.- ¿Qué entiende por medición de nivel?

Nivel es una importante variable de proceso de medidas en la industria. Es usado para tener la información de cuanto producto está almacenado en determinado recipiente ovasija, también es usado para la seguridad de las plantas. Por esto, la mayoría de las empresas emplean gran cantidad de dinero y esfuerzo para asegurar que el nivel sea medido y controlado exactamente.

2.- Haga una clasificación de los indicadores de nivel y una breve descripción de los mismos.

Medidores de Nivel de Líquidos

Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura delíquido sobre una línea de referencia, bien la presión hidrostática, bien el desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenido en el tanque del proceso, o bien aprovechando características eléctricas del líquido.

Los instrumentos de medida directa se dividen en:

• Medidor de sonda

• Medidor de cinta y plomada

• Medidor de nivel de cristal

• Medidor de flotador

Los aparatos 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

Los instrumentos que utilizan características eléctricas del líquido se clasifican en:

• Medidor conductivo

• Medidor capacitivo

• Medidor ultrasónico

• Medidor de rayos gamma

• Medidor láser

Instrumentos de medida directa

Medidor de sonda; consiste en una varilla o regla graduada, de la 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 debeestar abierto a presión atmosférica. Se utiliza generalmente en tanques de gasolina.Otro medidor consiste en una varilla graduada, con un gancho que se sumerge en el seno del líquido y se levanta después hasta que el gancho rompe la superficie del líquido. La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del tanque representa indirectamente el nivel. Se emplea en tanques de agua a presión atmosférica.

Medidor de cinta y plomada; este sistema es parecido a los anteriores, consta de una cinta graduada y un plomo en la punta. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso al fondo del estanque.

Medidor de cristal; consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos altanque 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.

Medidor de flotador; consiste en un flotador ubicado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel.La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica.

El flotador conectado directamente está unido por un cable que desliza en un juego de poleas a un índice exterior que señala sobre una escala graduada. Es el modelo más antiguo y el más utilizado en tanques de gran capacidad. Tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el flotador debe mantenerse limpio.

El flotador acoplado magnéticamente desliza exteriormente a lo largo de un tubo guía sellado, situado verticalmente en el interior del tanque. Dentro del tubo, una pieza magnética sigue al flotador en su movimiento y mediante un cable y un juego de poleas arrastra el índice de un instrumento situado en la parte superior del tanque. El instrumento puede tener interruptores de alarma y transmisor incorporados.

El flotador acoplado hidráulicamente actúa en su movimiento sobre un fuelle de tal modo, que varía la presión de un circuito hidráulico y señala a distancia en el receptor el nivel correspondiente.

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

Los instrumentos de flotador tienen una precisión de 0,5 %. Son adecuados en la medida de niveles en estanques abiertos y cerrados a presión o a vacío, y son independientes del peso específico del líquido.

Instrumentos basados en la presión hidrostática.

Medidor manométrico; consiste en un manómetro conectado directamente a la inferior del estanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido h que existe entre el nivel del estanque y el eje del instrumento. Así pues, el rango de medida del instrumento corresponderá a:

0 – (h • γ • g)

h = altura de líquido en m

γ = densidad del líquido en Kg/m3

g = 9,8 m/s2

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.

El instrumento sólo sirve para fluidos limpios ya que si el líquido es corrosivo, coagula o bien tiene sólidos en suspensión, el fuelle puede destruirse o bien bloquearse perdiendo su elasticidad; por otra parte, como el rango de medida es pequeño no es posible utilizar sellos de diafragma. La medida está limitada a estanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido.

Medidor de membrana; utiliza una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor.

La fuerza ejercida por la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido. Tiene una precisión de ±1%, puede trabajar a temperaturas de 60°C. El instrumento es delicado ya que cualquier pequeña fuga del aire contenido en el diafragma destruiría la calibración del instrumento. No puede emplearse para servicio en líquidos corrosivos.

Medidor de tipo burbujeo; emplea un tubo sumergido en el líquido a cuyo través se hace burbujear aire mediante un rotametro con un regulador de caudal incorporado. La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por la columna de líquido, es decir, al nivel. La tubería empleada suele ser de ½” con el extremo biselado para una fácil formación de las burbujas de aire.

El método de burbujeo es simple y da buen resultado, en particular, en el caso de líquidos muy corrosivos o con sólidos en suspensión y en emulsiones.

Medidor de presión diferencial; consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico, es decir: P = hγg en la que:

P = presión

h = altura del líquido sobre el instrumento

γ = densidad del líquido

g = 9,8 m/s2

El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial.

En el tipo más utilizado, el diafragma está fijado en unbrida que se monta rasante al tanque para permitir si dificultades la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y líquidos con sólidos en suspensión, pudiendo incluso ser de montaje saliente para que el diafragma enrase completamente con las paredes interiores del tanque tal como ocurre en el caso de líquidos extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo.

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.c.

Hay que señalar que el material del diafragma debe ser el adecuado para resistir la corrosión del fluido (existen materiales de acero inoxidable 316, monel, tantalio, hastelloy B, inoxidable recubierto de teflón).

Instrumentos basados en el desplazamiento.

Medidor de nivel de tipo desplazamiento; consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unidorígidamente al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque.El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo de rotación de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada.

Según el principio de Arquímedes, el flotador sufre un empuje hacia arriba viene dado por la fórmula:

F = S H γg en la que:

F = empuje del liquido

S= sección del flotador

H = altura sumergida del flotador

γ = densidad del líquido

g = 9,8 m/s2

y el momento sobre la barra de torsión es:

M= (S H γ g –P) l

Siendo l el brazo del tubo de torsión y P el peso del flotador.

Al aumentar el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el flotador 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 flotador queda sumergida, y la fuerza de empuje hacia arriba

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