6Presentacion_Nivel

INSTRUMENTACIÓN DE PROCESOS I

Medición de Nivel

La medición de Nivel es

muy importante para el

funcionamiento de un

proceso y para el balance

adecuado de materia o de

productos finales.

Clasificación Medidores de Nivel

Medidores

de Nivel

Medición Directa

Medición

Indirecta

Nivel de Cristal

Flotador

Cinta y plomada

Capacitivo

Por presión

Hidrostática

Por características

eléctricas

Conductivo

Ultrasónico

Sonda

Radiación

Manométrico

De diafragma

Tipo Burbujeo

Presión Diferencial

Altura por

línea de

referencia

Por Desplazamiento

Láser

Medición Directa: Sonda

Es una varilla o regla graduada de longitud conveniente para

introducirla dentro del depósito. En el momento de la lectura

el tanque debe estar abierto a presión atmosférica.

Varilla

Varilla con gancho

Se utiliza generalmente en tanques de gasolina.

Medición Directa: Cinta y plomada

Se emplea cuando es

difícil que la regla

tenga acceso al

fondo del tanque

Medición Directa: Nivel de Cristal

Es 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.


- 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.


- Son susceptibles de ensuciarse.

- Permite sólo una indicación local (podrían utilizarse cámaras).

- Presenta gran seguridad en la lectura del nivel.

- Vidrio: Pyrex o Borosilicato Templado.

Medición Directa: Ejemplos

Medición Directa: Flotador

Consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel.

Conexión

Directa

Magnética

Hidráulica

Conexión Directa



Conexión Magnética


Conexión Hidráulica

Permite

distancias de

transmisión

de hasta 75m


Flotador tipo ON - OFF

Posición ON Posición OFF


Tienen una exactitud aproximada de 0,5 %.

Son adecuados en la medida de nivel en tanques abiertos

y cerrados, a presión o al vacío (son dependientes del peso

específico del líquido).

El flotador puede atorarse en el tubo guía por una eventual

deposición de sólidos o cristales presentes en el líquido

(magnético).

Existen partes móviles expuestas al fluido que pueden

dañarse o romperse.

Medición Indirecta: Presión Hidrostática

Manométrico

Implementan un medidor de presión

(manómetro) conectado directamente a la

parte inferior del tanque. Los más usados

son el Bourdon C y de fuelle.


Manométrico

-Mide la presión debida a la altura del líquido h que existe

entre el nivel del tanque y el eje del instrumento.

- El campo de medida es pequeño.

Rango (0 - .g.h) ó (0 – 0,098 .h) bar ó (0 – 0,1 .h) kg/cm2

-Su exactitud viene dada según el medidor

-Sirve para fluidos limpios y en tanques abiertos

De Diafragma


La presión causada por la columna del

líquido por encima del nivel de referencia

actuará sobre el diafragma comprimiéndolo

en una cantidad equivalente al cabezal

actual del líquido.

Ese cambio de presión actuará en un

resorte del instrumento el cual estará

conectado a una pluma de registro o a un

puntero indicador que será donde se

mostrará el nivel del tanque controlado.

De Diafragma


Como switch

para detectar

nivel de líquido

Tipo diferencial


Consiste en un diafragma

en contacto con el líquido

en un punto del fondo del

tanque, tomando de allí la

presión hidrostática.

Su exactitud está entre

±0,2 y ±0,3 % en los

electrónicos, y ±0,15% en

los inteligentes.

Tipo burbujeo


Consiste en un tubo (sumergido

en el deposito hasta el nivel

mínimo) unido a un rotámetro

con un regulador de aire o gas,

con presión suficiente para

vencer la presión hidrostática

generada por la columna de

líquido, hasta producir una

corriente continua de burbujas.

Tipo burbujeo


El sistema puede emplearse en tanques abiertos y en

tanques cerrados.

No sólo puede utilizarse aire sino también otros tipos de

gases.

Es un método simple y da buen resultado, en el caso de

líquidos muy corrosivos o con sólidos en suspensión.

No se recomienda su empleo cuando el fluido de purga

perjudica al líquido y para fluidos altamente viscosos.

Su exactitud depende del transductor secundario.

Medición Indirecta: Características eléctricas

Conductivo

La impedancia mínima es del orden de los 20000 Ω/cm.

La tensión de alimentación es alterna para disminuir fenómenos

de oxidación en las sondas por causa del fenómeno de la

electrólisis

Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o

electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos

electrodos.

Para evitar errores ante ola de nivel:

El relé posee un temporizador.

Dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente


Conductivo

La longitud de los electrodos llegan a

6 pies para un =0,25” y de acero

inóxidable de =1/16” alcanzan 100

pies.

Temperatura de diseño:

Desde −15°F (−26°C) a140°F (60°C) para

unidades con la electrónica integrada

Desde −15°F (−26°C) to 1880°F(982°C)

para unidades con electrónica remota.

Exactitud: 0.125 in.


Conductivo

Luz indicadora para

BAJO nivel

Luz indicadora para

ALTO nivel


Conductivo

Son de bajo costo, diseño simple y sin partes móviles en

contacto con el líquido.

Adecuado para usarse con líquidos adherentes y

espumosos.

Puede ignorar variaciones en la composición y temperatura

del medio.

Adecuado para la medición de lodos y sólidos húmedos a

granel


Conductivo

Podría existir chispa al acercarse el líquido al electrodo, sin

embargo, con relés de estado sólido se elimina este problema.

Se debe considerar los posibles efectos secundarios de la

corrosión electrolítica del electrodo.

Necesidad de líquidos con Conductividad Eléctrica no muy

baja.

Longitud de los electrodos.

No realiza medición continua en líquidos


Capacitivo

Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo

sumergido en el líquido y las paredes del tanque

AC 0,225 K

D

C = Capacitancia en picoFaradios

K = Constante dieléctrica del material

A = Área de las placas en pulgadas cuadradas

D = Distancia entre las placas en pulgadas

Electrodo

Pared del tanque


Capacitivo

K(32ºF) = 88

K(68ºF) = 80

K(212ºF) = 48

K para diferentes medios.

K = 1 (vacío)

K = 1,00059 (aire)

K = 2 (teflón)

K = 3,6 (mica)

K = 4 6 (tipos de vidrio)

K para el agua a diferentes

temperaturas Exactitud:

Horizontal: Menor que el

diámetro de la sonda

Vertical: Varía entre 1% y

5% dependiendo del tipo de

material, si es líquido o sólido


Capacitivo

Ceq-ab = C1 (cte) + (0,614.Ka.(H-h)) / Lg10(A / B) + (0,614.KL.h ) / Lg10(A / B)

Ceq-ab = C1 + C2 + C3

CEq-ab = C1 + [C2.C3 / (C2+C3) ]+ [C4.C5 / (C5+C4]


Capacitivo

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RE

CO

ME

ND

AD

O

NO

RE

CO

ME

ND

AD

O


Capacitivo

RE

CO

ME

ND

AD

O

NO

RE

CO

ME

ND

AD

O


Capacitivo


Capacitivo


Capacitivo

No posee partes móviles

Relativamente económico

Fácil transporte de la señal de medición

Fácil instalación

Opera con fluidos conductivos o no conductivos.

Su medición puede ser afectada por variaciones de

temperatura

Partículas de tamaño mayor a ½ pulg de diámetro no

pueden ser medidos


Ultrasónico

Se basa en la medición del tiempo de vuelo de una señal

acústica transmitida desde y recibida por un mismo sensor

luego de que se refleja en la superficie del líquido o sólido.

El retardo en la captación del eco depende del nivel del

tanque.

Ultrasónico

La exactitud de

estos

instrumentos es

de ±1 a ± 3 %


Son adecuados para todos los tipos de tanques y de

líquidos o fangos pudiendo construirse a prueba de explosión.

El sensor no se encuentra en contacto con el proceso

Fácil transporte de la señal de medición

Presentan el inconveniente de dar señales erróneas cuando

la superficie del nivel del líquido no es nítida como es el caso

de un líquido que forme espuma, ya que se producen falsos

ecos de los ultrasonidos.


Ultrasónico

Consiste en un rayo láser enviado a través

de un tubo de acero y dirigido por reflexión

en un espejo sobre la superficie del metal

fundido.

El aparato mide el tiempo que transcurre

entre el impulso emitido y el impulso de

retorno que es registrado en un

fotodetector de alta resolución.

Dicho tiempo es directamente

proporcional a la distancia del aparato

emisor a la superficie del metal en fusión


Láser

Fuente de luz

Haz de

luz láser

Fotodetector de

alta resolución

Pequeña proporción

de luz dispersaDistancia de

separación

Intervalo de

medida

D=(C × T )/2

D = Distancia al objetivo

C = Velocidad de la luz ((3×108m/sec)

T = tiempo de vuelo del pulso del laser


Láser

41

Empleados en aplicaciones donde las condiciones son muy

duras, y donde los instrumentos de nivel convencionales fallan.

Ej. Medición de metal fundido, donde la medida del nivel debe realizarse sin contacto con el

líquido y a la mayor distancia posible por existir unas condiciones de calor extremas

Actuador de parada

Optoacoplador

Exactitud ±5 mm (±0.2 in)


Láser

Son Compactos

Se conecta en la parte superior del depósito o tanque que contiene un

medio líquido o sólido, donde se desea efectuar la medición continúa de

nivel

La instalación mecánica es sencilla, mediante un soporte articulado que

para el caso de un depósito de líquidos puede estar situado fuera de

proceso, a través de una mirilla de conexión

Los medidores de nivel por láser poseen un amplio rango de medida (0,5

a 800 ft)

Es costoso


Radiación

Consisten en un ensamble de medición y un indicador amplificador. El

ensamble de medición, contiene una fuente radioactiva como radio, cesio o

cobalto y la celda detectora produce una señal eléctrica proporcional a la

intensidad de los rayos radioactivos. Esta señal se amplifica para que

produzca una medición en unidades apropiadas de nivel.

Por ello, la fuente radioactiva se instalará en un costado del depósito. Al otro

lado se coloca un medidor de radiación puntual, para medidas discretas o para

medidas continúas. La potencia emisora de la fuente decrece con el tiempo,

por lo que hay que recalibrarla cada cierto tiempo.


Radiación

La vida media (es decir, el tiempo

necesario para que el emisor pierda

la mitad de su actividad) varía

según la fuente empleada. En el

cobalto 60 es de 5,5 años y en el

cesio 137 es de 33 años, en el

americio 241 es de 458 años, y en

radio 1400 años.

En la práctica la unidad física, de medición de radiación

absorbida, es el ROENTGEN (R), el cual se define como:

“La radiación recibida en un ser humano durante una hora,

cuando este ha sido expuesto a un gramo de radio,

separado a una distancia de un metro”. La máxima

radiación que puede recibir una persona en toda su vida es

igual a 250 R.


Radiación

Exactitud 1% del Span

Detectan desde 1” hasta 150 pies

El instrumento dispone de compensación de temperatura, de linealización

de la señal de salida, y de reajuste de la pérdida de actividad de la fuente de

radiación.

Puede emplearse para todo tipo de líquidos ya que no esta en contacto

con el proceso.

Se emplea en caso de medida de nivel en estanques de acceso difícil o

peligroso.

Soporta presiones elevadas en el interior del tanque, altas temperaturas y

materiales altamente corrosivos.

Su aplicación se ve limitada por las dificultades técnicas y administrativas

que conlleva el manejo de fuentes radioactivas.

Es muy costoso

Contamina el ambiente y el material que está midiendo (No usar en

alimentos ni farmacia)

Se usa como ÚLTIMA alternativa


Radiación


Desalojadores

Su operación se basa en el principio de Arquímedes:

"Todo cuerpo sumergido en

un fluido experimenta una

fuerza de empuje vertical

hacia arriba igual al peso del

fluido desalojado".


Desalojadores

Consiste en un cuerpo inmerso en el líquido, conocido como

desplazador, conectado mediante un brazo a un tubo de torsión.

Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una

varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor

exterior.

El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el

ángulo de rotación de su extremo libre es directamente

proporcional a la fuerza aplicada.


Desalojadores

El desplazador está

suspendido en la

barra, lo que

restringe su

movimiento y evita su

contacto con

cualquier parte del

recipiente en que es

colocado.


Desalojadores

• La precisión es del orden de ± 0,5 % a ± 1 % .

• Puede utilizarse en tanques abiertos y cerrados, a presión

o a vacío.

• Tiene una buena sensitividad.

• Presenta el inconveniente del riesgo de depósitos de

sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que

afectan a la precisión de la medida.

• Es apto sólo para la medida de pequeñas diferencias de

nivel (2000 mm máximo como estándar).

• La caja del desplazador se construye de hierro o acero al

carbón, la barra de torsión de K-monel como estándar y el

desplazador está construido de acero inoxidable 316.

• La presión de trabajo es hasta 40 Kg/cm2 y 450ºC de

temperatura. Sus conexiones pueden ser de 1 ½” roscadas o

de 2” bridadas.

• Se considera a este dispositivo simple y confiable.


Desalojadores

• Adaptable a diferente densidades de

líquidos.

• Variedad en materiales de construcción

para proporcionar resistencia a la corrosión.

• Buena exactitud.

• Fácil instalación.

• Insensible a presión del recipiente.

• Adecuado para la medición de interfaces


Desalojadores

• Pesados y voluminosos.

• No puede ser usado en lodos o en fluidos

cubrientes.

•Inadecuado para usarse con fluidos

turbulentos o agitados.

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