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.
Medición Directa: Nivel de Cristal
- 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.
Medición Directa: Nivel de Cristal
- 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
Medición Directa: Flotador
Medición Directa: Flotador
Conexión Magnética
Medición Directa: Flotador
Conexión Hidráulica
Permite
distancias de
transmisión
de hasta 75m
Medición Directa: Flotador
Flotador tipo ON - OFF
Posición ON Posición OFF
Medición Directa: Flotador
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.
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
Como switch
para detectar
nivel de líquido
Tipo diferencial
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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.
Medición Indirecta: Características eléctricas
Conductivo
Luz indicadora para
BAJO nivel
Luz indicadora para
ALTO nivel
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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]
Medición Indirecta: Características eléctricas
Capacitivo
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RE
CO
ME
ND
AD
O
NO
RE
CO
ME
ND
AD
O
Medición Indirecta: Características eléctricas
Capacitivo
RE
CO
ME
ND
AD
O
NO
RE
CO
ME
ND
AD
O
Medición Indirecta: Características eléctricas
Capacitivo
Medición Indirecta: Características eléctricas
Capacitivo
Medición Indirecta: Características eléctricas
Capacitivo
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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 %
Medición Indirecta: Características eléctricas
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.
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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)
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
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.
Medición Indirecta: Características eléctricas
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.
Medición Indirecta: Características eléctricas
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
Medición Indirecta: Características eléctricas
Radiación
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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".
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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.
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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.
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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.
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
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
Medición Indirecta: Presión Hidrostática
Desalojadores
• Pesados y voluminosos.
• No puede ser usado en lodos o en fluidos
cubrientes.
•Inadecuado para usarse con fluidos
turbulentos o agitados.