Manual Medicion Nivel

7/26/2019 Manual Medicion Nivel

1/65

www.dismaven.com

Nmero de Proveedor de PDVSA

SSIST

Pgina 1

RVICIO Y CALIBRACIMAS DE MEDICIN D

N DENIVEL


2/65

www.dismaven.com Pgina 2

NDICE

CAPITULO 1. INTRODUCIN

CAPITULO 2.MEDICION DE LIQUIDOS

2.1 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA

2.1.1. Medidor de Sonda

2.1.2. Nivel de Cristal

2.1.3. Instrumentos de Flotador

2.1.3.1. Flotador de Conexin Directa

2.1.3.2. Flotador Acoplado Magnticamente

2.1.3.3. Flotador Acoplado Hidrulicamente

2.2 INSTRUMENTOS BASADOS EN LA PRESION HIDROSTATICA

2.2.1. Medidor Manomtrico

2.2.2. Medidor de tipo burbujeo

2.2.3. Medidor de Presin Diferencial

2.3 INSTRUMENTO BASADO EN EL DESPLAZAMIENTO

2.3.1. Medidor de nivel de Tipo Desplazamiento

2.4 INSTRUMENTOS BASADOS EN CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL

LQUIDO

2.4.1. Medidor de Nivel Conductivo

2.4.2. Medidor de Capacidad

2.4.3. Sistema Ultrasnico de Medicin de Nivel


3/65


2.4.4. Sistema de Medicin por Rayos Gamma o Radiactivo

2.4.5. Medidor Lser

2.5 MEDICIN HIDRULICA Y NEUMTICA


2.7 MEDICIN POR ULTRASONIDO

2.8 MEDICIN POR RADIACIONES GAMMA

2.10 PLOBLEMA DE NIVEL

CAPITULO 3.MEDIDORES DE NIVEL DE SOLIDOS

3.1 DETECTORES DE NIVEL DE PUNTO FIJO

3.1.1. Detector de Diafragma

3.1.2. Cono Suspendido

3.1.3. Varilla Flexible

3.1.4. Medidor Conductivo

3.1.5. Paletas Rotativas

3.2 DETECTORES DE NIVEL CONTINUOS

3.2.1. Medidores de Nivel de Sondeo Electromecnico

3.2.2. Medidor de Nivel de Bscula

3.2.3. Medidor de Nivel Capacitivo

3.2.4. Medidor de Nivel de Presin Diferencial

3.2.5. Medidor de Nivel de Ultrasonidos

3.2.6. Medidor de Nivel de Radiacin


4/65


INTRODUCCIN

La medida de nivel es junto con la presin, volumen, velocidad y caudal de

gran importancia en hidrografa, hidrulica 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 presin, para el accionamiento de vlvulas yvertederos en la regulacin de las centrales hidroelctricas, para la determinacin de

la altura de la lmina en los vertederos de medidas, etc. En la industria qumica la

medida de nivel se requiere para determinar la cantidad exacta de lquidos que hay

que administrar en un proceso de mezcla, etc. Finalmente la medicin del nivel de

fluido en los procesos de destilacin, calderas, etc.

La medida del nivel puede ser necesaria con mucha o poca precisin, con

indicacin del nivel instantneo o con registro contino de la medida, con medicinlocal o transmisin a distancia de unos centenares o miles de metros. Forzosamente

nos limitamos a dar una breve idea de los instrumentos ms importantes, relegando

su estudio ms detallado a los manuales de instrumentacin.


5/65


CAPTULO 2.

2. MEDIDORES DE NIVEL DE LQUIDOS.

La medida del nivel de los lquidos es una de las mediciones fundamentales

que se encuentran con ms frecuencia en las industrias qumicas.

El conocimiento del nivel de un lquido dentro de un recipiente puede

necesitarse simplemente para comprobar la cantidad de material en existencia, para

determinar la cantidad de lquido que se suministra a un proceso, o bien puede ser la

medicin primaria en un sistema de regulacin 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 lquido. El grado de exactitud depende de la forma del recipiente, ya que

en un recipiente alto y de pequeo dimetro puede medirse ms exactamente que

otro aplanado y de dimetro grande.

Recprocamente, cuando hay que regular el nivel de un lquido, quiz sea

conveniente tener un recipiente de gran seccin transversal horizontal, ya que esto

proporcionar capacidad de regulacin al sistema. Evidentemente, la forma del

recipiente no slo influir sobre la sensibilidad del instrumento medidor del nivel

del lquido en las cuantificaciones de volmenes, sino tambin habr de tenerse en

cuenta en la eleccin del tipo de instrumento ms conveniente para el caso.

El nivel de los lquidos puede determinarse empleando diversos instrumentos

de medicin, que a continuacin se detallan.


6/65


2.1. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA.

Los instrumentos de medida directa son aquellos que trabajan midiendo

directamente la altura de un lquido sobre una lnea 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 presin este mtodo no sera 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 esquemticamente en la figura 2.1.1. El aparato, que se relaciona con el

esquema en la figura 2.1.4,consta de un manmetro diferencial de flotador. Sobre

la columna y por el otro el agua de otro depsito que puede ser el depsito de

condensado mismo de la caldera. Al aumentar el nivel del agua en la caldera (o de

cualquier otro lquido en un recipiente a presin) disminuye la diferencia de

presiones, mientras que al disminuir dicho nivel aumenta sta.

La medida directa con flotador y transmisin por cadena a un disco graduado

es muy utilizada en vertederos, exclusas, prensas, etc. El esquema puede verse en

la figura2.1.3y una fotografa de este instrumento puede verse en

la figura 2.1.2. Amplitud de medida, hasta 20m.


7/65


Figura 2.1.1 Medicin de nivel con Manmetro de flotador Figura 2.1.2 Flotador para la medida

de niveles

Figura 2.1.3


8/65


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 depsito (figura 2.1.a). La determinacin del nivel dentro

del recipiente, se mide por lectura directa de la longitud de la varilla mojada por el

lquido y es esencial que en el momento de la medicin el tanque se encuentre

abierto a presin atmosfrica.

Este mtodo es efectivo y ampliamente utilizado para medir el nivel en lostanques de una gasolinera, pero no es muy prctico sobre todo si el contenido a

medir es txico 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 lquido contenido en el

tanque. Luego, ste se levanta hasta que rompa la superficie del lquido, 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 presin atmosfrica (figura 2.1.b)

Un sistema parecido a los descritos anteriormente es el medidor de cinta

graduada y plomada que se emplea cuando es difcil que la varilla o regla tenga

acceso al fondo del tanque (figura2.1.c).


9/65


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 metlicos y cerrados por prensaestopas, que estn unidos al tanque,

generalmente, mediante tres vlvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del

tubo, para impedir el escape del lquido 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 ms

elevadas que 7 bar, el cristal de este medidor es grueso, de seccin rectangular yprotegido por una armadura metlica (figura 2.2.b).

La determinacin del nivel del lquido para este tipo de medidor se puede

realizar por intermedio de un cristal a reflexin o bien por transparencia. En el


10/65


primer caso, tal como lo muestra la figura 2.2.c, el vidrio en contacto con el lquido

est provisto de ranuras longitudinales que actan como prismas de reflexin,

indicando la zona de lquido 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 lquido est contenido entre dos

placas de vidrio planas y paralelas que permiten ver directamente el nivel

mejorando, de esta forma, la apreciacin visual del color, caractersticas o interface

del lquido, al acoplar una lmpara de iluminacin al sistema.

Para mayor seguridad, las vlvulas de cierre incorporan una pequea bola que

acta como vlvula de retencin 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 lquido, 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 deensuciarse por las caractersticas del lquido que miden, impidiendo, de este modo,

que el nivel pueda apreciarse claramente. Entre los lquidos que presentan este

inconveniente figuran el caramelo y los lquidos pegajosos.

Por otro lado, el nivel de vidrio permite slo una indicacin local, pero pueden

emplear espejos para lectura a distancias limitadas o bien, utilizar cmaras de

televisin para mayores distancias de transmisin.


11/65


Figura 2.2. Nivel de Cristal.

2.1.3. Instrumentos de Flotador.

La medicin de nivel con instrumentos de flotador es menos comn en laindustria en general, pero se emplea muy frecuentemente en el campo del

tratamiento de aguas potables y de desechos.


12/65


Hay que sealar que en estos instrumentos, el flotador puede tener formas muy

variadas y estar formado por diversos materiales segn sea el tipo de fluido.

Bsicamente, consisten en un flotador situado en el seno del lquido y

conectado al exterior de un tanque indicando directamente el nivel, donde dicha

conexin puede ser directa, magntica o hidrulica.

2.1.3.1. Flotador de Conexin Directa.

Este modelo de flotador es, generalmente, una pieza metlica hueca de forma

circular, con alambres de gua que van de la parte superior a la inferior del tanque,

para limitar su movimiento. Constituye el modelo ms antiguo y el ms utilizado en

tanques de almacenamiento de gran capacidad como los de fuel-oil y gas-oil.

El flotador de conexin directa est unido por una cadena o cinta flexible que

desliza en un juego de poleas a un indicador de nivel exterior que seala sobre una

escala graduada. Este indicador est provisto de un contrapeso de tal manera que la

cinta o cadena se mantenga tensa (figura2.3.a).

Por otro lado, este tipo de instrumento tiene el inconveniente de que las partes

mviles estn expuestas al fluido y pueden romperse. Adems, el tanque no puede

estar sometido a presin y es esencial que el flotador se mantenga limpio.

2.1.3.2. Flotador acoplado magnticamente.

Se ha desarrollado una gran variedad de medidores de nivel activados con

flotador, que transmiten el movimiento de ste por medio de un acoplamiento

magntico.


13/65


Este instrumento de medicin de nivel consta de un flotador desliza

exteriormente a lo largo de un tubo de gua sellado, situado verticalmente en el

interior del tanque (figura 2.3.b). Dentro del tubo, una pieza magntica o imn,

suspendida por medio de una cinta o cable, sigue al flotador en su movimiento y

mediante el cable y un juego de poleas arrastra el ndice de un instrumento situado

en la parte superior del tanque. Adems, este instrumento puede tener interruptores

de alarma y transmisor incorporados.

El flotador y el tubo de gua, que estn en contacto con el fluido que se est

midiendo, se producen en una gran variedad de materiales, tomando en cuentacondiciones de resistencia a la corrosin y para soportar altas presiones o vaco.

En tanques pequeos, el flotador puede adaptarse para actuar magnticamente

sobre un transmisor neumtico o elctrico (figura 2.3.c)dispuesto en el exterior del

tanque que capta la variable de proceso, nivel, y la transmite a distancia hacia el

instrumento indicador, permitiendo as un control de nivel. Una aplicacin tpica la

constituye el control de nivel de una caldera de pequea capacidad de produccin de

vapor.

En el caso especfico del transmisor neumtico, convierten el movimiento del

elemento de medicin en una seal neumtica que se transmite, como se dijo

anteriormente, hacia el instrumento indicador.

Los transmisores electrnicos consisten en su forma ms sencilla, en una barra

rgida apoyada en un punto sobre la cual actan dos fuerzas en equilibrio, la fuerza

ejercida por el elemento de medicin y la fuerza electromagntica de una unidad

magntica.


14/65


2.1.3.3. Flotador Acoplado Hidrulicamente.

El flotador acoplado hidrulicamente (figura 2.3.d) acta en su movimiento

sobre un fuelle de tal modo, que vara la presin de un circuito hidrulico y seala a

distancia, en el receptor, el nivel correspondiente. Permite distancias de transmisin

de hasta 75 metros y puede emplearse en tanques cerrados. Sin embargo, requiere

una instalacin y calibracin complicadas, y posee partes mviles en el interior del

tanque.

En general, los instrumentos de flotador tienen una precisin de 0.5 %.

Adems son adecuados en la medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a

presin o al vaco, y son independientes del peso especfico del lquido.

Uno de los inconvenientes ms frecuentes es que el flotador puede agarrotarse

en el tubo gua por un eventual depsito de los slidos o cristales que el lquido

pueda contener y adems, si el tubo gua es muy largo puede daarse ante olas

bruscas en la superficie del lquido o ante la cada violenta del lquido en el tanque.


15/65


Figura 2.3. Instrumentos de Flotador.


16/65


2.2. INSTRUMENTO BASADOS EN LA PRESION

HIDROSTATICA

Estos instrumentos miden el nivel de un lquido aprovechando la presin

hidrosttica. Entre ellos, podemos mencionar el medidor manomtrico, el medidor

de tipo burbujeo y el medidor de presin diferencial.

2.2.1. Medidor Manomtrico.

El medidor manomtrico (figura 2.4) consiste en un manmetro conectado

directamente a la parte inferior del tanque, donde adems pueden observarse varios

accesorios como son una vlvula de cierre para el mantenimiento del lquido, y un

pote de decantacin con una vlvula de purga.

El manmetro mide la presin debida a la altura hque existe entre el nivel del

tanque y el eje del instrumento. De este modo, el campo de medida del instrumento

corresponder a 0 - h g pascal, donde hes la altura del lquido, su

densidad en kg/cm3

ygla aceleracin de la gravedad (9.8 m/s2

).

Como las alturas son limitadas, el campo de medida es bastante pequeo, de

modo que el manmetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle, el

cual es utilizado frecuentemente para la medicin de presiones bajas.

Este instrumento slo sirve para fluidos limpios ya que si el lquido es

corrosivo, coagula o bien tiene slidos en suspensin, el fuelle puede destruirse o

bien bloquearse perdiendo su elasticidad. Por otro parte, la medida est limitada a

tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del lquido.


17/65


Una variante emplea un transductor de presin suspendido de la parte superior

del tanque e inmerso en el lquido, transmitiendo la seal a travs de un cable que

acompaa al de suspensin.

Figura 2.4. Medidor Manomtrico.

2.2.2. Medidor de Tipo Burbujeo.

Los sistemas de burbujeo (o de purga continua) realizan la medicin de nivel

determinando la presin requerida para que un flujo constante de aire venza lapresin hidrosttica de un lquido. Al salir el aire, lo hace a manera de burbujeo, de

ah el nombre del sistema.


18/65


El medidor de tipo burbujeo es el ms flexible y generalmente utilizado. Este

instrumento coloca un tubo sumergido en el lquido, a travs del cual se hace

burbujear aire mediante un rotmetro con regulador de caudal incorporado (figura

2.5), que permite mantener un caudal de aire constante a travs del lquido,

independientemente del nivel. Si no existiera, habra una gran diferencia en los

caudales de aire necesarios desde el nivel mnimo al mximo, producindose un

gasto de aire indebido. La tubera empleada suele ser de pulgada con el extremo

biselado para una fcil formacin de las burbujas de aire.

Un rotmetro es un medidor de caudal de rea variable, en los cuales unflotador cambia su posicin dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del

fluido.

Cuando las burbujas escapan del tubo, la presin del aire en el interior de la

tubera, medido mediante un manmetro de fuelles, corresponde a la presin

mxima ejercida por el lquido. Por lo tanto, si se mide la presin dentro del tubo, se

obtiene la medicin de nivel. De hecho, la ubicacin o elevacin del extremo del

tubo de burbujas se convierte en el nivel de medicin cero. Por ejemplo, si se

sumerge un tubo de burbujas en un tanque a 3.66 metros de la superficie del agua,

se indicar una profundidad de 3.66 metros.

Las velocidades de purga del tubo de burbujas son muy bajas. Mientras una

burbuja escape peridicamente el sistema estar funcionando debidamente. Una

velocidad comn de purga es de 0.5 pies cbicos de aire libre por hora.

El sistema tambin puede emplearse en tanques cerrados con dos juegos

rotmetro-regulador y con las seales de aire conectadas a un transmisor de presin

diferencial. Como es lgico, la presin del aire de purga debe ser superior a la

presin interna del tanque.


19/65


Cabe destacar que no slo se puede utilizar aire como fluido de purga, sino

tambin otro tipo de gases e incluso lquido. De hecho, algunos sistemas de purga

utilizan nitrgeno que es uno de los que ms se usan a presin. Un cilindro estndar

de 110 pies cbicos de nitrgeno para bombas de aceite comerciales puede

proporcionar suficiente gas a presin para asegurar el funcionamiento del tubo de

burbujas durante ms de tres semanas.

Adems, el tubo debe tener una longitud adecuada para evitar que las

variaciones bruscas del nivel introduzcan en su interior una cierta columna de

lquido que retarde el paso del aire y falsee momentneamente la lectura.

El mtodo de burbujeo es simple y da buen resultado, en particular, en el

caso de lquidos muy corrosivos o con slidos en suspensin y en emulsiones. No es

recomendable su empleo cuando el fluido de purga perjudica al lquido, tampoco

para fluidos altamente viscosos donde las burbujas formadas del aire o del gas de

purga presentan el riesgo de no separarse rpidamente del tubo. Desde el punto de

vista de su mantenimiento, es muy til situar una T con un tapn en la parte superior

del tubo para su limpieza peridica.


20/65


Figura 2.5. Medidor de Tipo Burbujeo.

2.2.3. Medidor de Presin Diferencial.

El medidor de presin diferencial consiste en un diafragma en contacto con el

lquido del tanque, que mide la presin hidrosttica en un punto del fondo del

tanque. En un tanque abierto, esta presin es proporcional a la altura del lquido en

ese punto y a su peso especfico (figura 2.6). Es decir,P = H g, en la quePes

la presin,Hla altura del lquido sobre el instrumento, su densidad yg la

aceleracin de la gravedad.

El diafragma forma parte de un transmisor neumtico, electrnico o digital de

presin diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma.


21/65


En el tipo ms utilizado, el diafragma est fijado en una brida que se monta

rasante al tanque para permitir sin dificultades la medida de nivel de fluidos, tales

como pasta de papel y lquidos con slidos en suspensin, pudiendo ser incluso de

montaje saliente para que el diafragma enrase (nivele) completamente con las

paredes interiores del tanque(figura 2.7.b) tal como ocurre en el caso de lquidos

extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningn recodo (ngulo).

Hay que sealar que el nivel cero del lquido se seleccionan en un eje a la

altura del diafragma. Si el instrumento se calibra en el tanque, el 0 % del aparato

debe comprobarse con el nivel ms bajo en el borde inferior del diafragma, ya queentre el borde inferior y superior del diafragma la seal de salida no est en

proporcin directa al nivel (figura 2.6.c). Otro tipo es el manmetro diferencial de

la figura 2.6.bcuyo funcionamiento equivale al transmisor de diafragma.

En el caso de que el tanque est cerrado y bajo presin, el nivel no es un

simple reflejo de la presin hidrosttica. La determinacin de la presin en un punto

del lquido comprende tanto el peso o presin del lquido como la presin del gas o

vapor que queda sobre el lquido del tanque cerrado. Es importante considerar que

se debe corregir la indicacin del aparato para la presin ejercida sobre el lquido,

debiendo sealar que la lectura ser muy poco precisa, si la presin es grande. A

menudo, suele conectarse un tubo en la parte superior del tanque y medir la

diferencia de presiones entre la toma inferior y la superior, utilizando transmisores

de presin diferencial de diafragma tal como los representados en la figura 2.8

Cuando los gases o vapores encima del lquido son condensables, la lneadesde la toma superior se llena gradualmente con el condensado hasta llenar todo el

tubo, en cuyo caso la tubera dibujada a la derecha del transmisor de las figura 2.8.a

y figura 2.8.btendr mayor presin que la tubera izquierda y, por lo tanto, habr

que cambiar las conexiones del instrumento ya que este indicar bajo cuando el


22/65


nivel sea alto y viceversa. En efecto, segn se puede ver en la figura 2.8.b, tenemos

queP = (H - h) ,parah = 0 yp = H.

De este modo el instrumento tendr que estar graduado a la inversa, es decir,

indicar 0% a 3 psi y 100% a 15 psi en un transmisor neumtico, o bien sealar 0% a

4 mA y 100% a 20 mA en un transductor de seal de salida 4-20 miliamperios en

corriente continua.

Para corregir este inconveniente se utiliza un muelle llamado supresin que

est aplicado a la barra de equilibrio de fuerzas del transmisor y que produce unafuerza igual a la diferencia entre el nivel mximo y el mnimo. Como es natural,

puede ajustarse la tensin del muelle para cada caso particular (figura 2.9.a y

figura 2.9.b).

Algunos fluidos presentan el riesgo de depsito de cristales o de slidos en la

superficie del diafragma. En tal caso cabe la solucin de emplear un diafragma

recubierto de tefln para reducir el depsito gradual del producto. No obstante,

como el movimiento del diafragma es muy pequeo y se considera el slido algo

flexible, contina aplicndose la presin del lquido a todo el diafragma. Sin

embargo, si parte del diafragma queda rgido, el instrumento, marcar de forma

errtica o permanentemente menos nivel del real. Este inconveniente se resuelve

empleando un transmisor de nivel de presin diferencial con membranas de sello

que responde a la presin transmitida en lugar de la fuerza creada por el lquido

sobre la membrana.

En tanques cerrados y a presin con lquido de vapor condensable existe el

riesgo de obstruccin de la lnea de compensacin, en particular si el fluido no es

limpio. Para evitarlo puede purgarse la lnea con lquido o con gas, mtodo que no

se recomienda por los problemas de mantenimiento y la posible prdida de precisin


23/65


que presenta, o bien emplear un transmisor de presin diferencial unido con dos

capilares a dos diafragmas conectados en la parte inferior y superior del tanque. En

la figura 2.8.fpuede verse un esquema de la instalacin. Es importante que los dos

diafragmas estn a la misma temperatura para evitar los errores en la medida que se

presentaran por causa de las distintas dilataciones del fluido contenido en el tubo

capilar.

Si el tanque es elevado y el medidor se sita a un nivel muy inferior, la

columna de lquido que va desde el nivel mnimo al medidor es mucho mayor que la

propia variacin del nivel, por lo cual, la apreciacin del mismo se hace sobre unaparte muy pequea de la escala. Para corregir este inconveniente se utiliza un

muelle llamado de elevacin que, en forma similar al de supresin, est aplicado a

la barra de equilibrio de fuerzas del transmisor y produce una fuerza que se ajusta

igual a la de la columna de lquido citada. En la figura 2.9se puede ver la

disposicin de los muelles de supresin y de elevacin.

El medidor de presin diferencial puede emplearse tambin en la medida de

interfases. La amplitud de la medida vendr dada por la diferencia de presiones

sobre el diafragma del elemento, primero con el tanque lleno de lquido ms denso y

despus con el lquido menos denso.

La precisin de los instrumentos de presin diferencial es de 0.5 % en los

neumticos, 0.2 % a 0.3% en los electrnicos, de 0.15 % en los inteligentes

con seal de salida de 4-20 mA de corriente continua y de 0.1 % en los que se

emplean en los tanques abiertos y cerrados a presin y a vaco. Una de susprincipales ventajas es que no tienen partes mviles dentro del tanque, son de fcil

limpieza, precisos y confiables, admiten temperaturas del fluido hasta 120 C y no

son influidos por las fluctuaciones de presin.


24/65


Sin embargo, en tanques cerrados presentan el inconveniente de la posible

condensacin de los vapores del tanque en el tubo de conexin al instrumento. Este

inconveniente se elimina fcilmente con el resorte de supresin nombrado

anteriormente. Hay que sealar que el material del diafragma debe ser el adecuado

para resistir la corrosin del fluido.

Sin embargo, en tanques cerrados presentan el inconveniente de la posible

condensacin de los vapores del tanque en el tubo de conexin al instrumento. Este

inconveniente se elimina fcilmente con el resorte de supresin nombrado anteriormente.

Hay que sealar que el material del diafragma debe ser el adecuado para resistir lacorrosin del fluido.

Figura 2.6. Medidor de Diafragma.


25/65


Figura 2.7. Tipos de Diafragma.


26/65


Figura 2.8. Medidores de presin Diferencial en tanques Cerrados.


27/65


Figura 2.9. Muelles de Supresin y de Elevacin.


28/65


2.3. INSTRUMENTOS BASADOS EN EL DESPLAZAMIENTO

Estos instrumentos son aquellos que miden el nivel aprovechando el empuje

producido por el propio lquido. Dentro de esta categora estudiaremos los medidores de

nivel de tipo desplazamiento.

2.3.1 Medidor de nivel de Tipo Desplazamiento.

Este tipo de medidor de nivel (figura 2.10) consiste en un flotador parcialmente

sumergido en el lquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsin unido

rgidamente 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 torsin se caracteriza fundamentalmente porque el ngulo de rotacin de su

extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada, es decir, al momento

ejercido por el flotador. El movimiento angular del extremo libre del tubo de torsin es muy

pequeo, del orden de los 9. El tubo proporciona adems un cierre hermtico entre el

flotador y el exterior del tanque donde se dispone el instrumento receptor del partransmitido.

Segn el principio de Arqumides, el flotador sufre un empuje hacia arriba que viene

dado por la frmula F = S H g,en la queFes el empuje del lquido, S la seccin del

flotador,H la altura sumergida del flotador, la densidad del lquido yg, la aceleracin

de la gravedad.

El momento sobre la barra de torsin est dado por M = (S H g - P) l, donde l es el

brazo del tubo de torsin yP el peso del flotador.

Tal como se puede ver en la expresin anterior, al aumentar el nivel, el lquido ejerce

un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la


29/65


densidad del lquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, as que el esfuerzo medido por

el tubo de torsin ser muy pequeo. Por el contrario, al bajar el nivel, una menor parte del

flotador queda sumergida, de modo que la fuerza de empuje hacia arriba disminuye,

resultando una mayor torsin.

El instrumento se puede utilizar tambin en la medida de interface entre dos lquidos

inmiscibles de distinta densidad, como por ejemplo agua y aceite. En este caso el flotador

es de pequeo dimetro y de gran longitud, y est totalmente sumergido. El peso del

volumen desplazado por el flotador, es decir, el empuje, se compone entonces de dos

partes: el lquido ms denso en la parte inferior y el menos denso en la parte superior, conuna lnea de separacin (interface) de la que depende el par de torsin proporcionado al

transmisor exterior. En efecto, sixes la zona del flotador inmersa en el lquido de mayor

densidad, l es la longitud total del flotador, y 1, 2 son las densidades de los lquidos,

entonces el empuje hacia arriba estar dado porF = Sx * 1 *g +S(l - x) * 2 *g.

Claramente, este empuje depende del nivel relativo de separacin de los dos lquidos y

que la amplitud de medida est determinada por la diferencia entre las dos densidades de

los lquidos: Fmax - Fmin = S l 1 g - S l 1 g= Sl (1 - 2) g.

Las dimensiones relativas del flotador, es decir, longitud y dimetro, dependern de la

amplitud de medida seleccionada.

El instrumento sirve tambin para medir la densidad del lquido y, en este caso, el

flotador est totalmente sumergido. El campo de medida de densidades es bastante amplio,

de 0.4 a 0.6.

Por otro lado, el cuerpo del medidor puede estar montado directamente en el tanque

(montaje interno) o en un tubo vertical al lado del tanque (montaje exterior).


30/65


El movimiento del brazo de torsin puede transmitirse por medio de un eslabn a un

transmisor neumtico o electrnico de equilibrio de fuerzas, o digital, permitiendo en la

conexin una compensacin mecnica o digital para el peso especfico del lquido. En la

figura 2.10 se representa un esquema de funcionamiento.

La precisin es del orden de 0.5 % a 1 % y puede utilizarse en tanques abiertos y

cerrados a presin o a vaco, pero presenta el inconveniente del riesgo de depsito de

slidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisin de la medida y

es apto slo para la medida de pequeas diferencias de nivel, aproximadamente 2000 mm

mximo. La medida del nivel de interfaces requiere flotadores de gran volumen.


31/65


Figura 2.10. Medidor de Nivel de Desplazamiento.

2.4. INSTRUMENTOS BASADOS EN CARACTERISTICAS

ELECTRICAS DEL LQUIDO.

Se conocen varios mtodos elctricos para medir niveles de lquidos, pero estos se

emplean principalmente para regular el nivel en un punto o entre dos puntos sin ninguna

medicin intermedia. Algunos de estos son el medidor de nivel conductivo, medidor de

capacidad, medidor de nivel ultrasnico, el sistema de medicin de rayos gamma y el

medidor de lser.

2.4.1. Medidor de Nivel Conductivo.

El medidor de nivel conductivo consiste en uno o varios electrodos y un rel elctrico

o electrnico, dispositivo que abre y cierra un circuito, que es excitado cuando el lquido

moja a dichos electrodos. El lquido debe ser lo suficientemente conductor para excitar el

circuito electrnico, y de este modo el aparato puede discriminar la separacin entre el


32/65


lquido y su vapor, y tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera de

vapor.

La impedancia o resistencia mnima aparente del circuito es del orden de los 20

M/cm, y la tensin de alimentacin es alterna para evitar fenmenos de oxidacin en las

sondas por causa del fenmeno de la electrlisis. Cuando el lquido moja los electrodos se

cierra el circuito electrnico y circula una corriente segura del orden de los 2mA. El rel

electrnico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una

ola del nivel del lquido o ante cualquier perturbacin momentnea o bien, en su lugar se

disponen dos electrodos levemente separados enclavados elctricamente en el circuito.

El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza rels

elctricos para lquidos con buena conductividad (figura 2.11.a), y rels electrnicos para

lquidos con baja conductividad (figura 2.11.b). Montados en grupos de 24 o ms

electrodos, puede complementar los tpicos niveles de vidrio de las calderas, y se presta a la

transmisin de nivel a la sala de control y a la adicin de alarmas correspondientes.

Una variante del aparato se utiliza en el control del nivel de vidrio en fusin (figura

2.11.c). En este, un sistema electromecnico baja el electrodo hasta que ste entra en

contacto con la superficie del vidrio fundido que a las temperaturas de fusin es conductor.

El circuito est proyectado de tal forma que en el momento del contacto, el electrodo queda

detenido y su posicin marcada en un registrador. Instantes despus invierte su movimiento

hasta romper el contacto elctrico y se repite nuevamente el ciclo.

El instrumento es verstil, sin partes mviles, su campo de medida es grande con la

limitacin fsica de la longitud de los electrodos. El lquido contenido en el tanque debe

tener un mnimo de conductividad y si su naturaleza lo exige, la corriente debe ser baja para

evitar la deterioracin del producto. Por otro lado, conviene que la sensibilidad del aparato

sea ajustable para detectar la presencia de espuma en caso que sea necesario.


33/65


Figura 2.11 Medidor de Nivel Conductivo

2.4.2. Medidor de Capacidad.

El medidor de capacidad mide la capacidad del condensador formado por el electrodo

sumergido en el lquido y las paredes del tanque (figura 2.12). La capacidad del conjunto

depende linealmente del nivel del lquido.


34/65


En los fluidos no conductores (figura 2.12.a) se emplea un electrodo normal y la

capacidad total del sistema se compone de la del lquido, la del gas superior y la de las

conexiones superiores.

En fluidos conductores (figura 2.12.b)con una conductividad mnima de 100

microhmnios/c.c, el electrodo est aislado usualmente con tefln interviniendo las

capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del lquido y del

gas.

El circuito electrnico (puente de capacidades, figura 2.12.c) alimenta el electrodo auna frecuencia elevada, lo cual disminuye la reactancia capacitivadel conjunto y permite

aliviar en parte el inconveniente del posible recubrimiento del electrodo por el producto.

El sistema es sencillo y apto para muchas clases de lquidos. Sin embargo, hay que

sealar que en los fluidos conductores, los slidos o lquidos conductores que se encuentran

en suspensin o emulsin, y las burbujas de aire o de vapor existentes, aumentan y

disminuyen respectivamente la constante dielctrica del fluido dando lugar a un error

mximo de 3% por cada tanto por ciento de desplazamiento volumtrico. Por otro lado, al

bajar el nivel, la porcin aislante del electrodo puede quedar recubierta de lquido y la

capacidad adicional que ello representa da lugar a un error considerable.

La precisin de los transductores de capacidad es de 1 %. Se caracterizan por no

tener partes mviles, son ligeros, presentan una buena resistencia a la corrosin y son de

fcil limpieza. Su campo de medida es prcticamente ilimitado y pueden emplearse en la

medida de nivel de interfases. Tienen el inconveniente de que la temperatura puede afectar

las constantes dielctricas (0.1 % de aumento de la constante dielctrica / C) y de que los

posibles contaminantes contenidos en el lquido pueden adherirse al electrodo variando su

capacidad y falseando la lectura, en particular en el caso de los lquidos conductores. El


35/65


funcionamiento del sistema a una frecuencia elevada, o bien la incorporacin de un circuito

detector de fase, compensan en parte este inconveniente.

Figura 2.12. Medidor de Capacidad

2.4.3. Sistema Ultrasnico de Medicin de Nivel.

El sistema ultrasnico de medicin de nivel se basa en la emisin de un impulso

ultrasnico a una superficie reflectante y la recepcin del eco del mismo receptor. El

retardo en la captacin del eco depende del nivel del tanque.


36/65


Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 khz. Estas ondas atraviesan con

cierto amortiguamiento o reflexin del medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en

la superficie del slido o del lquido. En lafigura 2.13puede verse varias disposiciones de

montaje de los detectores que se utilizan en los casos de alarmas o de indicacin continua

del nivel.

En las aplicaciones de alarma de nivel, los sensores vibran a una frecuencia de

resonancia determinada, que se amortigua cuando el lquido los moja. En el segundo caso

de indicacin continua de nivel, la fuente ultrasnica genera impulsos que son detectados

por el receptor una vez transcurrido el tiempo correspondiente de ida y vuelta de la onda ala superficie del slido o del lquido.

En la figura 2.14 puede verse el diagrama de bloques de un sistema de medida de

ultrasonidos. El sensor emisor dispone de un oscilador excitador para enviar un impulso

ultrasnico a la superficie del fluido y el sensor receptor recibe esta seal reflejada

enviando una seal funcin del tiempo transcurrido, y por lo tanto del nivel, a un indicador.

En otras palabras, el nivel se mide en funcin del tiempo necesario para que la seal se

desplace del transmisor a la superficie del lquido y retorne al receptor.

La precisin de estos instrumentos es de 1 a 3 %. Son adecuados para todos los tipos

de tanques y de lquidos o fangos, pudiendo construirse a prueba de explosin. Presentan el

inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos y de dar seales errneas cuando

la superficie del nivel del lquido no es ntida como es el caso de un lquido que forme

espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos.

La utilizacin del ordenador permite, a travs de un programa, almacenar el perfil

ultrasnico del nivel, y as tener en cuenta las caractersticas particulares de la superficie

del lquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisin de la medida. Por otro


37/65


lado, el ordenador facilita la conversin del nivel a volumen del tanque para usos de

inventario, y adems proporciona caractersticas de autocomprobacin del instrumento.

Figura 2.13. Sistema Ultrasnico de Medicin de Nivel.


38/65


Figura 2.14. Diagrama de Bloques de un Sistema de Medida de Ultrasonidos.

2.4.4. Sistema de Medicin por Rayos Gamma o Medidor Radiactivo.

El sistema de medicin por rayos gamma (figura 2.15)consiste en un emisor de rayos

gamma montado verticalmente en un lado del tanque y con un contador Geiger que

transforma la radiacin gamma recibida en una seal elctrica de corriente continua. Como

la transmisin de los rayos es inversamente proporcional a la masa del lquido en el tanque,

la radiacin captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del lquido ya queel material absorbe parte de la energa emitida.

Los rayos emitidos por la fuente son similares a los rayos x, pero de longitud de onda

ms corta. La fuente radiactiva pierde igualmente su radioactividad en funcin exponencial

del tiempo. La vida media, es decir, el tiempo necesario para que el emisor pierda la mitad

de su actividad, vara segn la fuente empleada. En el cobalto 60 es de 5.5 aos, en el cesio

137 es de 33 aos y en el americio 241 es de 458 aos.

Las paredes del tanque absorben parte de la radiacin y al detector llega slo un

pequeo porcentaje. Los detectores son, en general, tubos Geiger o detectores de cmara

inica y utilizan amplificadores de corriente continua o de corriente alterna. El instrumento


39/65


dispone de compensacin de temperatura, de linealizacin de la seal de salida, y de

reajuste de la prdida de actividad de la fuente de radiacin, siendo este ltimo de extrema

importancia para conservar la misma precisin de la puesta en marcha. Una de las

desventajas en su aplicacin figuran el blindaje de la fuente y el cumplimiento de las leyes

sobre proteccin de radiacin.

La precisin en la medida es de 0.5 a 2 %, y el instrumento puede emplearse para

todo tipo de lquidos ya que no est en contacto con el proceso. Su lectura se encuentra

influida por el aire o por los gases disueltos en el lquido.

El sistema se emplea en caso de medida de nivel en tanques de acceso difcil o

peligroso. Es ventajoso cuando existen presiones elevadas en el interior del tanque que

impiden el empleo de otros sistemas de medicin. Sin embargo, el sistema es caro y la

instalacin no debe ofrecer peligro alguno de contaminacin radiactiva siendo necesario

sealar debidamente las reas donde estn instalados los instrumentos y realizar

inspecciones peridicas de seguridad.

Figura 2.15. Sistema de Medicin por Rayos Gamma o Medidor Radiactivo.


40/65


2.4.5. Medidor Lser.

En aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y donde los instrumentos de

nivel convencionales fallan, encuentra su aplicacin el medidor de nivel lser(figura2.16),

y el descrito en el punto anterior. Es el caso de la medicin del metal fundido, donde la

medida del nivel debe realizarse sin contacto con el lquido y a la mayor distancia posible

por existir unas condiciones de calor extremas.

El sistema consiste en un rayo lser enviado a travs de un tubo de acero y dirigido

por reflexin en un espejo sobre la superficie del metal fundido. El aparato mide el tiempoque transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retorno, que es registrado en un

fotodetector de alta resolucin. El tiempo transcurrido es directamente proporcional a la

distancia del aparato emisor a la superficie del metal fundido. Un microprocesador

convierte este tiempo al valor de la distancia a la superficie del metal en fusin,

proporcionando, de este modo, la lectura del nivel.

Para finalizar, latabla 2.1nos muestra una comparacin entre los diferentes tipos de

instrumentos de medicin de nivel de lquidos, con sus ventajas y desventajas.


41/65


Figura 2.16. Medidor de Nivel Lser.

Instrumento Campo Precisin Presin mx Temp mx Desventajas Ventajas

de medida % escala bar fluido CSonda Limitado 0.5 mm Atm 60 Manual, sin olas, Barato

Tanques abiertos Preciso

Cristal Limitado 0.5 mm 150 200 Sin transmisin Seguro, Preciso

Flotador 0 - 10 m 1-2 % 400 250 Posible Simple, indep deagarrotamiento naturaleza lquido

Manomtrico Altura tanque 1% Atm 60 Tanques abiertos, BaratoFluidos limpios

Membrana 0 - 25 m 1% Atm 60 Tanques abiertos Barato

Burbujeo Altura tanque 1% 400 200 Mantenimiento, Barato, VerstilContam.del lquido

Presin Diferencial 0.3 m 0.15 a 0.5% 150 200 Posible Interfase lquido


42/65


Tabla 2.1. Medidores de nivel de lquidos.


Los aparatos que vamos a describir se llaman barmetros.

La figura 2.5.1, 2.5.2, 2.5.3 representan los tres esquemas ms frecuentes empleados.

Figura 2.5.1: medida hidrosttica de nivel:al aumentar el nivel del agua aumenta la

presin que acta sobre el manmetro. Amplitud de medida, hasta 150 m.

Figura 2.5.2:medida de nivel por el empuje de Arqumedes:al aumentar el nivel

aumenta el empuje de Arqumedes que se opone al peso de la barilla buzo: la resultante de

ambas fuerzas da una medida del nivel del lquido. Amplitud de medida, hasta 50 m.

Figura 2.5.3:Medida neumtica de nivel: al burbujear el aire proveniente de un

pequeo compresor o botella a presin, la presin del aire a la salida del tubo sumergido

aumenta al aumentar el nivel del lquido. La medida de dicha presin en un manmetro es

una medida del nivel del depsito o embalse. Amplitud de medida, hasta 50 m.

agarrotamiento

Desplazamiento 0 - 25 m 0.5 % 100 170 Expuesto a Fcil limpieza,corrosin robusto, interfases

Conductivo Ilimitado - 80 200 Lquido conductor Verstil

Capacitivo 0.6 m 1% 80 - 250 200 - 400 Recubrimiento Resistencia,del electrodo corrosin

Ultrasnico 0.30 m 1% 400 200 Sensible a la Todo tipo dedensidad tanques y lquidos

Radiacin 0 - 2.5 m 0.5 a 2% - 150 Fuente radiactiva Todo tipo tanque ys/contacto lquido

Lser 0 - 2 m 0.5 a 2% - 150 Lser Todo tipo tanque ys/contacto lquido


43/65


Figura 2.5.4:la medida de la lamina de agua h de un vertedero necesaria para medir

el caudal puede hacerse por uno cualquiera de los cuatro esquemas de las figuras 2.5.1 a la

2.5.3. En conexin con cualquiera de los cuatro mtodos descritos puede utilizarse la

balanza de presin, que sirve por lo tanto para medir presiones, caudales y niveles. La

balanza mide la presin transmitida por la tubera de deteccin figura 2.5.3, el empuje

vertical de la varilla de inmersin figura 2.5.2, etc., e indica la cota de nivel. Las

componentes principales de la balanza son el transformador de presin, la balanza con el

peso corredizo y un servomotor, que mantiene la balanza constantemente en equilibrio. Esta

mismo balanza puede accionar cuantos dispositivos de mando, regulacin, teletransmisin

y registro se desee. La precisin de la medida puede llegar hasta el 0.025% del valormximo de la escala.


44/65


Figura 2.5.1 Medida Figura 2.5.2 Medidahidrostatica de nivel de nivel varilla de inversin

Figura 2.5.3 Medida Figura 2.5.4 Medidaneumtica a nivel de caudal con vertedero

Limnmetros de precisin dotados de la balanza automtica, segn los esquemas de

las figuras 2.5.1, 2.5.2 y 2.5.3,han sido instalados en chimeneas de equilibrio, embalses,

canales de admisin y desage, etc., de muchas centrales hidroelctricas espaolas.


45/65


2.6MEDICIN ELECTRICA

Los instrumentos elctricos para la medicin de niveles se clasifican en dos categoras

segn el principio en que se basan:

Principio de la variacin de resistencia

Utiliza electrodos inmersos en el lquido, que miden la variacin de la resistencia. Se

emplea para controlar el vaco, llenado, medicin o indicacin de nivel en toda clase de

lquidos. Se emplea corriente alterna para evitar la ionizacin del lquido. El aparato de

control puede estar situado hasta 1 km. De distancia. En la figura 2.6.1puede verse una

aplicacin con 4 electrodos que controla dos bombas en el vaciado de un depsito.

Figura 2.6.1 Esquema de control de dos bombas en el vaciado de un depsito.

Cuando el nivel del lquido alcanza el electrodo E3 arranca en la bomba principal y

se para cuando el nivel baja por debajo del electrodo E2. Cuando el nivel alcanza E4 la

bomba principal se para y arranca la bomba de reserva. Cuando el nivel baja por debajo de

E2 se para la bomba de reserva.


46/65


Principio de la variacin de capacidad

Un electrodo inmerso en el lquido, cuyo nivel se quiere medir o controlar, forma con este

ltimo un condensador, cuya capacidad vara linealmente con el nivel del lquido en el

depsito. Se mide la corriente del condensador proporcional ala capacidad que constituye

por tanto una medida del nivel del lquido. La figura 2.6.2constituye un esquema de

instalacin de la bomba de llenado del mismo.

Figura 2.6.2 Esquema de control de arranque y parada de una bombapara llenado de un depsito con Control de Nivel Capacitado.

2.7 MEDICIN POR ULTRASONIDO

El principio de este instrumento es el mismo de sonar empleado por los submarinos

para medir la profundidad de inmersin. Se mide el tiempo que tarda la onda ultrasnica y

su eco en recorrer el espacio entre el emisor, colocado convenientemente tambin en el

fondo del depsito figura 2.7.1Este instrumento es especialmente apropiado a la medicin

de niveles en lquidos con peligro de fuego y explosin, donde los instrumentos elctricos

no podran utilizarse.


47/65


2.8 MEDICIN POR RADIACIONES GAMMA

Se basa en la medida de la radiacin remanente de rayos gamma, que se hace incidir

sobre el lquido. A un lado del recipiente se coloca a lo largo de toda la altura ocupada por

el lquido un emisor de rayos gamma de intensidadI.En el lado opuesto se mide la

intensidadI de la radiacin residual con un contador de Geiger. La intensidadIes tanto ms

pequea cuando el nivel h del lquido en el depsito, porque al aumentar h aumenta la

absorcin de rayos gamma por el lquido.

2.9PROBLEMA

1.- El caudal que transporta un canal oscila entre 1.2*10 E6 Y 1.9*10 E6 l/h. En una pared

transversal al canal se instalan dos vertederos, uno triangular de 90 y otro rectangular de

aristas vivas y ventiladas. Se quiere que el vertedero no desage menos de 9,2*10 E5 l/h ni

ms de 1,1*10 E6 l/h.

El resto del caudal ser desaguando por el vertedero rectangular (tmese para el vertedero

rectangular el valor de Cq= 0,715.)

Calcular el ancho del vertedero rectangular y la lmina de agua mxima en los vertederos.


48/65



49/65



50/65


CAPTULO 3.

3.MEDIDORES DE NIVEL DE SLIDOS.

En los procesos continuos, la industria ha exigido el desarrollo de instrumentos

capaces de medir el nivel de slidos en puntos fijos o de forma continua, en particular en

los tanques o silos destinados a contener materias primas o productos finales.

3.1. 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 ms empleados son el diafragma, el cono suspendido, la

varilla flexible, el medidor conductivo y las paletas rotativas.

3.1.1. Detector de Diafragma.

Para medir el nivel de materiales slidos almacenados, por ejemplo en silos, se han

ideado diversos mtodos, entre ellos el detector de diafragma. Este instrumento demedicin 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 pequeo interruptor. Cuando el nivel del slido alcanza el diafragma, el

material lo fuerza venciendo el contrapeso y cerrando el interruptor (figura3.1). Este puede

ser mecnico o de mercurio, puede accionar una alarma o puede actuar automticamente

sobre un transportador o maquinaria asociados al depsito. Por otra parte, el material del

diafragma puede ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio y tiene una precisin de

unos 50 mm y presenta ventajas de bajo costo, puede emplearse en tanques cerrados

sometidos a baja presin o vaco gracias a una lnea neumtica que iguala presiones a

ambos lados de la membrana y trabaja bien con materiales de muy diversa densidad. Tiene


51/65


la desventaja de no admitir materiales granulares de tamaos superiores a unos 80 mm de

dimetro.

Figura 3.1. Detector de Diafragma.

3.1.2. Cono Suspendido.

El cono suspendido (figura 3.2)consiste en un pequeo interruptor montado dentro de

una caja impenetrable al polvo, con una cazoleta o pieza pequea de goma de la que est

suspendida una varilla que termina en un cono. Cuando el nivel de slidos alcanza el cono,

el interruptor es excitado. La cazoleta de goma permite una flexibilidad en la posicin del

cono gracias a la cual el aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel. Conviene

tener la precaucin de proteger mecnicamente el instrumento cuando se manejan

materiales pesados que, en su cada desde la boca de descarga del tanque podran daarlo.


52/65


El aparato es barato, necesita estar protegido como nivel de baja o en niveles

intermedios y se utiliza slo en tanques abiertos adems, su precisin es de unos 50 mm.

Sus aplicaciones tpicas son la alarma y el control de nivel en carbn, granos y caliza.

Figura 3.2. Cono Suspendido.

3.1.3. Varilla Flexible.

La varilla flexible (figura3.3)consiste en una varilla de acero conectada a un

diafragma de latn donde est contenido un interruptor. Cuando los slidos presionan,

aunque slo sea ligeramente en la varilla, el interruptor se cierra y acta sobre una alarma.

El conjunto de la unidad est sellado hermticamente pudiendo construirse a prueba

de explosin. El aparato se emplea como alarma de alto nivel estando dispuesto en la parte


53/65


superior del tanque. Para impedir que la simple cada del producto pueda causar una alarma

infundada, ste incorpora un rel de retardo.

El instrumento se emplea en tanques abiertos como alarma de nivel alto, tiene una

precisin de 25 mm, se utiliza para materiales tales como el carbn y puede trabajar hasta

temperaturas mximas de 300 C.

Figura 3.3. Varilla Flexible.

3.1.4. Medidor conductivo.

El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas

puestas en conjunto y con el circuito elctrico abierto. Cuando los slidos alcanzan el

aparato, se cierra el circuito y la pequea corriente originada es amplificada actuando sobre


54/65


un rel de alarma. Los slidos deben poseer una conductividad elctrica apreciable para

poder excitar el circuito.

Este instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y a presin, trabaja hasta

temperaturas mximas de 300 C, est limitado a materiales que tengan una conductividad

de 1 a 1.4 x 10-7mho y slo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles

intermedios. Entre los materiales en los que se pueden emplear, figuran el carbn y el

carbn activo.

Figura 3.4. Unidad de Contacto Elctrico.

3.1.5. Paletas Rotativas.

Las paletas rotativas (figura3.5) consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que

gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor sncrono. Cuando el producto

slido 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 actaconsecutivamente sobre dos interruptores, el primero excita el equipo de proteccin, por

ejemplo una alarma, y el segundo desconecta la alimentacin elctrica del motor con lo

cual ste queda bloqueado. Cuando el producto baja de nivel y deja las palas al descubierto,

un resorte vuelve el motor a su posicin inicial liberando los dos microrruptores. De este


55/65


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 rgido para adaptarse as a las diversas

condiciones de trabajo dentro del silo, tales como cada de producto, deslizamientos del

producto, etc. Estos aparatos son adecuados en tanques abiertos o a baja presin (mximo

10 kg/cm2), tienen una precisin de unos 25 mm y se emplean preferentemente como

detectores de nivel de materiales granulares y carbn. Pueden trabajar con materiales de

muy diversa densidad y existen modelos a prueba de explosin.

En la figura3.6 se puede ver una aplicacin tpica de un control de nivel de slidos en

un tanque, que mantiene el nivel entre los dos puntos donde estn situados los detectores.

Cuando el material desciende ms abajo del detector inferior, ste pone en marcha

automticamente la maquinaria de alimentacin 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 vacindose el silo, los slidos descienden a un nivel por debajo del

detector inferior.


56/65


Figura 3.5. Medidor de Paletas

Rotativas.

Figura 3.6. Control de Nivel de

Slidos.

3.2. Detectores de nivel continuos

Los medidores de nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel de los

slidos desde el punto ms bajo al ms alto. Entre los instrumentos empleados

frecuentemente se encuentran el medidor de nivel de sondeo electromecnico o de peso

mvil, el medidor de nivel de bscula, el medidor de nivel capacitivo, el medidor de presindiferencial, el medidor de nivel de ultrasonidos, el medidor de radar de microondas y el

medidor de nivel de radiacin.


57/65


3.2.1. Medidor de nivel de sondeo electromecnico o de peso mvil.

Este tipo de medidor, representado en la figura3.7, consiste en un pequeo peso mvil

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. ste baja

suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el acopio de slidos. En este

instante, el cable se afloja, y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del

peso con lo que ste asciende hasta la parte superior de la tolva, donde se para, repitindose

el ciclo nuevamente. Un indicador exterior seala el punto donde el peso ha invertido su

movimiento indicando as el nivel en aquel momento.

El instrumento se caracteriza por su sencillez, puede emplearse en el control de nivel,

pero debe ser muy robusto mecnicamente para evitar una posible rotura del conjunto

dentro de la tolva, lo que podra dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.

Figura 3.7. Medidor de Nivel de Sondeo Electromecnico.


58/65


3.2.2. Medidor de Nivel de Bscula.

Una bscula 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 mtodo

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 bscula, representado en la figura 3.8, mide el nivel de slidos

indirectamente a travs del peso del conjunto tolva ms producto. Como el peso de la tolva

es conocido, es fcil 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 bscula o bien carga

sobre otros elementos de medida neumticos, hidrulicos o elctricos.

El sistema es relativamente caro, en particular en el caso de grandes tolvas, pudiendo

trabajar a altas presiones y temperaturas. Su precisin depende del sensor utilizado,

pudiendo variar de 0.5 a 1%.


59/65


Figura 3.8. Medidor de Nivel de Bscula.

3.2.3. Medidor de Nivel Capacitivo.

El medidor de nivel capacitivo (figura 3.9)es parecido al estudiado en la medicin de

nivel de los lquidos con la diferencia de que tiene ms posibilidades de error por la mayor

adherencia que puede presentar el slido en la varilla capacitiva. La lectura viene influida

adems por las variaciones de densidad del slido. La varilla del medidor est aislada y

situada verticalmente en el tanque y bien asegurada mecnicamente para resistir la cada del

producto y las fuerzas generadas en los deslizamientos internos.

La medida est limitada a materiales en forma granular o e polvo que sean buenos

aislantes, la presin y temperatura mximas de servicio pueden ser de 50 bar y 150C, y el

aparato debe calibrarse para cada tipo de material. Su precisin es de 15 mm

aproximadamente.


60/65


Figura 3.9. Medidor de Nivel Capacitivo.

3.2.4. Medidor de Presin Diferencial.

El medidor de presin diferencial se emplea en la medida y el control continuo de

nivel de lechos fluidizados. Segn puede verse en la figura 3.10, consiste en dos orificiosde purga de aire situados en el depsito por debajo y por encima del lecho. Un transmisor

neumtico o electrnico mide la presin 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 rpida.


61/65


Figura 3.10. Medidor de Presin Diferencial.

3.2.5. Medidor de Nivel de Ultrasonidos.

De acuerdo a la figura 3.11, el medidor de nivel de ultrasonidos consiste en un emisor

de ultrasonidos que enva un haz horizontal a un receptor colocado al otro lado del tanque.

Si el nivel de slidos est ms bajo que el haz, el sistema entra en oscilacin enclavando un

rel. Cuando los slidos interceptan el haz, el sistema deja de oscilar y el rel desexcita

actuando sobre una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depsito.

Disponiendo el haz de ultrasonidos en direccin vertical, el instrumento puede actuar

como indicacin continua del nivel midiendo el tiempo de trnsito de impulso ultrasnico,

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 slidos reflejan los

ultrasonidos, ya sea en mayor o menor grado, el sistema es adecuado para la mayor parte de

los slidos 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

ntida, el sistema es susceptible de dar seales errneas.


62/65


El uso del ordenador permite resolver este inconveniente al almacenar el perfil

ultrasnico del lecho del slido e interpretarlo para obtener el nivel correcto del slido,

adems de proporcionar caractersticas de autocomprobacin del instrumento de medida.

El medidor de nivel de ultrasonidos tiene una precisin que vara de 0.15% a 1%,

puede construirse a prueba de explosin y trabajar a temperaturas de hasta 150 C.

Figura 3.11. Medidor de Nivel de Ultrasonidos.

3.2.6. Medidor de Nivel de radiacin o de Rayos Gamma.

El medidor de nivel de radiacin es parecido al instrumento utilizado en la

determinacin del nivel de lquidos. Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma,dispuesta al exterior y en la parte inferior del tanque, que emite su radiacin a travs del

lecho de slidos siendo captada por un detector exterior. El grado de radiacin recibida

depende del espesor de slidos que se encuentra entre la fuente y el receptor. La fuente


63/65


radiactiva y el receptor pueden disponerse tambin 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

mximas de 130 bar, en materiales peligrosos o corrosivos, no requiere ninguna abertura o

conexin a travs del tanque y admite control neumtico o electrnico. Su precisin 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

supervisin peridica 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 caractersticas principales de los medidores de

nivel de slidos.

Tabla 3.2. Medidores de Nivel de Slidos.


64/65


Figura 3.12. Medidor de Nivel de radiacin o de Rayos Gamma.

Instrumento Tipo Precisin % Temp mx Tipo Desventajas Ventajas

detector toda la escala Servicio C Tanque

Diafragma Fijo alto 50 mm 60 Abierto, No admite materiales Bajo costo, sensible a

y bajo Cerrado granulares > 80mm, materiales de variada

tanques a baja presin densidad

Cono suspendido Fijo alto 50 mm 60 Abierto Debe estar protegido Bajo costo

Y bajo

Varilla Flexible Fijo, alto 25 mm 300 Abierto Rel retardo, slo nivel Muy sensible

altoConductivo Fijo alto 25 mm 300 Abierto, Conductividad de los Tanques a presin

y bajo Cerrado materiales

Paletas rotativas Fijo alto 25 mm 60 Abierto Tanques abiertos o a Materiales diversos, a

y bajo Baja presin prueba de explosin

Sondeo Continuo 1% 60 Abierto Resistencia mecnica Sencillo

electromecnico media

Bscula Continuo 0.5 a 1% 900 Abiertos Coste elevado Precio seguro, altas

Cerrados presin y temperatura

Capacitivo Continuo 15 mm 150 Abiertos Materiales aislantes, Bajo costo

Cerrados Calibracin individual,

Adherencias producto

Presin Continuo - 300 Abiertos Costo medio, posible Respuesta rpida

Diferencial Cerrados obturacin orificio de

purga

Ultrasonidos Fijo alto 0.5 a 1% 150 Abierto Costo medio Materiales opacos y

bajo, cont Cerrado Transparentes a prueba

De explosinRadiacin Fijo alto 0.5 a 1% 1300 Abierto Costo elevado, Tanque sin aberturas,

bajo, cont Cerrado supervisin seguridad, productos corrosivos y

calibracin individual peligrosos, alta presion y

varias fuentes temperatura


65/65

CONCLUSIONES

Como resultado del presente trabajo podemos concluir que tanto en la medicin de

niveles de lquidos como de slidos, es imprescindible que los instrumentos estn

continuamente en perfecto estado de funcionamiento a fin de evitar, tal como se dijo

anteriormente, paros parciales o totales en la planta y de este modo garantizar la calidad de

los productos terminados.

Con respecto a esto, la norma ISO 9000 abarca, entre otros puntos la direccin de la

calidad en el proceso de produccin de productos y el ensayo final e inspeccin del

producto, definiendo, en forma de instrucciones y procedimientos, la forma especfica en

que debe operar una empresa. Todo este conjunto de informacin generada constituye el

Sistema de Calidad que asegura a los clientes de la empresa que los productos que ellos

compran estn totalmente controlados y en perfecto funcionamiento. De hecho, esta norma

establece que el suministrador de un producto debe preocuparse de calibrar y ajustar todo el

equipo destinado a la inspeccin, medida y ensayo que pueda afectar la calidad delproducto, asegurar que las condiciones ambientales son adecuadas para las operaciones de

calibracin, inspeccin, medida y ensayos que se efecten en los instrumentos de medicin.

Aparentemente, la implantacin de la norma ISO 9000 parece sencilla, pero no es una

tarea fcil. Es necesario que el equipo de calibracin de los instrumentos est certificado

por un organismo reconocido y que dicho equipo se calibre peridicamente as como

tambin los instrumentos de medicin afectados.

Date post:	02-Mar-2018
Category:	Documents
Upload:	luis
View:	229 times
Download:	0 times

Manual Medicion Nivel

Documents