Medición de Nivel en la Industria: Sólidos y Líquidos

Medición de Nivel de Sólidos

En la industria, es necesario medir el nivel de material sólido en distintos procesos. Estos procesos pueden ser: astillas de madera en fábricas de papel, cal almacenada, jabón en polvo almacenado. Controles por alto o bajo nivel, o medición de nivel continuo.

Interruptor de Paleta

Cuando la rotación de la paleta se obstaculiza por el material sólido, el soporte del motor se atora.
Se energizan dos microinterruptores en orden consecutivo (circuito de alarma y corte de corriente) para que el sistema quede en posición «cerrada».
Cuando el nivel disminuye, se restablece el movimiento giratorio de las paletas.

Interruptor de Cono Colgante

Cuando el nivel de material sólido se eleva y se pone en contacto con el cono, se acciona un interruptor que a su vez puede accionar otro equipo. Ejemplo: alarma.

Interruptor Tipo Celda

Para sólidos con conductividad eléctrica muy alta.
Cuando hacen contacto con el electrodo, se acciona una alarma u otro tipo de equipo.

Interruptor de Diafragma

Diafragma que se mueve gracias a contactos que le empujan, para alto y bajo nivel en silos y movimiento de material.

Medición Continua en Nivel de Sólidos

Existen instrumentos que permiten una medición en toda la gama de cambios que este pueda tener, se emplean:

Fuentes nucleares radiactivas.
Unidades capacitativas.
Unidades sónicas.

Existen equipos modernos que operan con microimpulsos guiados y se detecta el tiempo entre la transmisión y la recepción para conocer el nivel.

Medidores de Nivel Líquido

Medición por Burbujeo

El principio en el que se basa esta medición es el de que la presión necesaria para provocar un burbujeo debe ser suficiente para vencer la columna hidrostática existente entre la superficie del líquido (nivel a medir) y el extremo del tubo del burbujeo. Se aplica a líquidos corrosivos y materiales en suspensión.

Funcionamiento: Se inyecta una pequeña cantidad de aire o gas inerte a través de un tubo sumergido en el tanque; la presión requerida para forzar a que las burbujas de aire salgan desde la parte baja del tubo de inmersión es igual a la cabeza hidrostática del líquido hasta el extremo del tubo; si se conoce la densidad del líquido contenido en el tanque, se puede aplicar la ecuación h=P/densidad, donde h es el nivel que se obtiene de dividir la presión P aplicada al aire para que burbujee, entre el peso específico del líquido.

El aire o gas comprimido se suministra a través de una válvula reguladora y rotámetro tipo purgómetro instalado lo más cerca posible del proceso.
El líquido contenido en un recipiente produce en el fondo una presión directamente proporcional a la altura del líquido e inversamente proporcional a su densidad.
Con un tubo en derivación, se tendrá la misma presión a la que se suministra el aire en el tubo de burbujeo y la necesaria para vencer la presión hidrostática que ejerce el líquido en el fondo del recipiente.
Cuando el nivel del líquido desciende, la presión en el fondo también, provocando que el aire a presión escape más fácilmente, abatiendo la presión en el sistema y, por consiguiente, en el tubo en derivación.

Ventajas y Desventajas

Es un arreglo bastante simple, útil y no caro para la medición de nivel.
Su aplicación es limitada a tanques abiertos donde las burbujas de aire en el líquido no presentan problemas.

Sistema de Caja de Diafragma

Se usan para medir nivel en tanques abiertos cuando no se puede contar con aire o gas o cuando el método por tubo de burbujeo no es recomendable.
Consiste en una copa o caja recubierta con un diafragma flexible.
La caja está dividida en dos secciones, con el diafragma entre ellas y sellado a prueba de aire.
La parte superior transmite el empuje.
Las variaciones de nivel producen cambios de presión proporcionales en el sistema de aire.
Esos cambios de presión actúan a un resorte de presión en el instrumento, el cual está conectado en una pluma de registro o a un puntero indicador.
El volumen de aire interno suele ser bastante grande, por lo cual el sistema está limitado a distancias no mayores a 15 m debido a la compresibilidad del aire.
El medidor tiene una exactitud de hasta 1 % y puede trabajar hasta temperaturas de 60 °C.
El sistema es delicado y cualquier fuga de aire puede dañar la calibración o inutilizar el sistema, por lo que no se recomienda usarlo en líquidos corrosivos.
Ventajas:
- Económico.
Desventajas:
- El campo de medida está limitado por la altura del tanque.
- Cualquier fuga de aire descalibra el instrumento.
- Presión máxima igual a la atmosférica.

Medición de Nivel con Instrumentos Tipo Flotador y Desplazador

Los medidores de nivel tipo flotador y desplazador son muy empleados en la industria y su forma varía con el tipo de aplicación. Entre estos medidores tenemos los interruptores de nivel con flotador.

También tenemos medidores de nivel con el flotador en la parte inferior, este puede emplearse para recipientes cerrados y abiertos y en canales abiertos para la medición de flujo. Otro tipo de estos medidores son aquellos en los que se tiene un flotador lateral para medir el nivel en tanques cerrados o en vertederos para la medición indirecta del flujo.

Funcionamiento

Cuando se presenta un cambio en el nivel del líquido, ocasiona una variación en la posición del desplazador, incrementando o decrementando la carga en el tubo de torque una cantidad directamente proporcional al cambio del nivel del líquido.
Rotación de la barra de torque y el magneto adjunto, lo que modifica el campo magnético que rodea al espacio del sensor y genera, por consiguiente, una señal analógica proporcional al nivel del líquido.

Flotador y Cable

La medición directa de nivel de líquidos en tanques abiertos se lleva a cabo frecuentemente por el método de flotador y cable.

Está limitado a líquidos limpios, ya que en aquellos que contengan partículas o sólidos que puedan adherirse al flotador, se falsearía la lectura.

La medición por medio de flotador y cable es muy usada en plantas de tratamiento de agua y en la mayoría de los tanques de almacenamiento de petróleo y sus derivados.

Este sistema no depende de la presión hidrostática para la medición de nivel, pues son instrumentos que se auto-operan por el movimiento del flotador sobre la superficie del líquido. El flotador, al subir o descender con el nivel del líquido, hace que la polea se mueva y el movimiento vertical del flotador se transforma a una medición uniforme del nivel que puede ser usado para indicación, registro o control.

Medidor Tipo Radiactivo

Se usan para la medición de nivel en tanques cerrados.

Ensamble de medición: fuente radiactiva, como radio, cesio o cobalto.
Celda detectora de radiaciones: Contador Geiger o una celda para ionización de gas.

Cuando el nivel aumenta dentro del tanque, el material absorbe parte de la radiación emitida y el detector con la traduce la radiación amortiguada en una señal electrónica de 4-20 mA a través de un amplificador para transmitir esta señal de salida a un tablero de control.

Transmisor de Nivel por Ultrasonido

Es una tecnología ideal para una amplia gama de líquidos (productos químicos, petróleo, agua y residuos), ya sea en tanques cerrados o abiertos.

Medición Sónica

La fuente emisora produce pulsos de sonido de alta frecuencia por el lapso de segundos.
Las ondas sonoras emitidas viajan por el espacio de aire, vapor o líquido.
Las ondas sonoras se reflejan en la superficie del líquido y regresan hacia el receptor.
El tiempo que tardan en ir y regresar las ondas sonoras al emisor-receptor se usa como medición del nivel del volumen.
El emisor-receptor traduce el tiempo en señales de salida de 4 a 20 mA.

Medición Sónica Moderna

Se emplea la medición continua o control de alto y bajo nivel con microondas.
Las microondas rebotan en la superficie del líquido, se mide el nivel con exactitud sin ser afectado por variables como:
- Densidad
- Conductividad
- Constante dieléctrica
- Presión
- Formación de gases
Se pueden utilizar prácticamente en cualquier recipiente, como recipientes metálicos de industrias.

Medidores de Nivel Tipo Capacitivo

Se basa en el principio eléctrico para medir nivel de líquidos en un tanque abierto o cerrado.
Consiste de una varilla de acero inoxidable (rígida o flexible) con o sin recubrimiento de teflón que actúa como sonda y como polo del sistema, siendo el otro polo la pared del tanque cuando es de metal; cuando no, se coloca una cinta metálica en la pared para que actúe como otro polo.
El sensor y la pared forman un campo capacitivo que varía conforme cambia el contenido del recipiente.
Cada sustancia posee una constante dieléctrica específica y genera determinada cantidad de picofaradios por unidad de volumen, la que es proporcional al nivel que el instrumento traduce a una señal eléctrica.
Las sondas ofrecen una gran variedad de posibilidades para el control de nivel en aplicaciones con líquidos, en particular en depósitos pequeños, productos con tendencia a la formación de adherencias y temperaturas muy elevadas.