1. Concepto de Nivel
El nivel es una variable que expresa una propiedad que se acumula en el sistema.
2. Transmisores de Nivel
Este dispositivo permite la interpretación del nivel real en un sistema. Se conecta a través de una conexión RS-232 a un ordenador personal, que con un software adecuado, configura transmisores inteligentes para labores industriales.
3. Instrumentos de Nivel
Los instrumentos de nivel se dividen en:
- Medidores de nivel de líquidos
- Medidores de nivel de sólidos (en este caso, se hace referencia a una sustancia líquida con partículas de sólidos en suspensión).
4. Funcionamiento de los Medidores de Nivel de Líquidos
Estos instrumentos miden, bien directamente la altura del líquido sobre una línea de referencia, bien por presión hidrostática o por el desplazamiento producido por un flotador en el tanque del proceso.
5. Instrumentos de Nivel de Medida Directa
- Sonda
- Cinta y plomada
- Nivel de cristal
- Instrumentos de flotador
6. Instrumentos que Miden el Nivel con Respecto a la Presión Hidrostática
- Medidor manométrico
- Medidor de membrana
- Medidor de tipo burbujeo
- Medidor de presión diferencial de membrana
7. Instrumentos que Utilizan Características Eléctricas de un Líquido
- Medidor resistivo
- Medidor conductivo
- Medidor capacitivo
- Medidor ultrasónico
- Medidor de radiación
- Medidor de láser
8. Indicadores de Nivel Ópticos
Medidor de Sonda
Consiste en una varilla o regla graduada, con una longitud conveniente para introducirla dentro de un depósito. El nivel se determina por la longitud de la varilla mojada por el líquido.
Nivel de Cristal
Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que se unen al tanque generalmente mediante tres válvulas: dos de cierre de seguridad y una de purga.
9. Ventaja del Nivel de Cristal o Vidrio
Ofrece seguridad en la lectura de nivel en un fluido, permitiendo controlar la lectura de otros tipos de aparatos de nivel.
10. Instrumentos de Flotador
Consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque, indicando directamente el nivel. La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica.
11. Medición de Nivel por Medidor Manométrico
Consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del tanque. Mide la presión entre la altura del líquido y el nivel existente en el tanque. Sirve solo para la medición de fluidos limpios.
12. Medición de Nivel por Medidor de Membrana
Consiste en la utilización de una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor. La fuerza ejercida por la columna de líquido deforma la membrana, comprimiendo el aire en su interior y limitando la entrada de grandes cantidades de aire a través del diafragma.
13. Medición de Nivel por Modo Burbujeo
Emplea un tubo sumergido en el líquido, a través del cual se hace burbujear aire mediante un rotámetro con regulador de caudal incorporado.
14. Medición de Nivel por Presión Diferencial
Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto en el fondo del tanque. Se conecta a una brida montada rasante al tanque para facilitar la medición del nivel de un fluido.
15. Instrumento Basado en el Desplazamiento
Medidor de nivel de tipo desplazamiento: Consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque. Dentro del tubo, una varilla transmite un movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque.
16. Instrumentos Basados en las Características Eléctricas de un Fluido
Medidor de Nivel Conductivo o Resistivo
Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que se excita cuando el líquido moja dichos electrodos, discriminando la separación entre líquido y vapor dentro de un tanque. Cierra el circuito y hace circular una corriente que activa un control de nivel alto (mediante relé eléctrico) o bajo (accionando un relé electrónico).
Medidor de Capacidad
Mide la capacidad de un condensador formado por un electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel de líquido en el tanque.
Sistema de Nivel Ultrasónico
Consiste en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. Trabajan a una frecuencia nominal de aproximadamente 20 kHz. Son sensibles a la densidad del fluido y pueden dar señales erróneas cuando el nivel del fluido es inestable (con espuma, produciéndose falsos ecos).
Sistema de Nivel por Rayos Gamma
Consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del tanque y un contador Geiger que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente continua. Las paredes del tanque absorben parte de la radiación.
17. Medidores de Nivel de Sólidos
Se utilizan en procesos continuos y miden el nivel en sólidos desde puntos fijos o de forma continua en tanques que contienen materias primas o productos finales.
18. Detectores de Nivel de Punto Fijo
Proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos determinados en el tanque. Los sistemas más empleados son: diafragma, cono suspendido, varilla flexible, medidor conductivo, paletas rotativas y ultrasonidos.
19. Medidores de Nivel Continuo
Proporcionan una medida continua del nivel desde el punto más bajo al más alto del tanque. Los instrumentos empleados son: peso móvil, báscula, capacitivo, presión diferencial, ultrasonido y radiación.
20. Tipos de Detectores de Nivel de Punto Fijo
Detector de Diafragma
Consiste en una membrana flexible que entra en contacto con el producto dentro del tanque y que contiene un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un microinterruptor, accionando una alarma o un transportador o maquinaria asociada al depósito. De bajo coste, se emplea en tanques cerrados sometidos a baja presión. Los diafragmas suelen ser de fibra de vidrio, goma, tela o neopreno.
Cono Suspendido
Es un microinterruptor montado dentro de una caja estanca al polvo, con una cazoleta de goma de la que está suspendida una varilla que termina en un cono. Cuando el nivel de sólidos alcanza el cono, el interruptor se excita, actuando como alarma de alto o bajo nivel. Utilizable solo en tanques abiertos.
Varilla Flexible
Es una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde se encuentra un interruptor. Cuando los sólidos presionan sobre la varilla, accionan el interruptor para activar una alarma que discrimina el nivel en el tanque. Se emplean en tanques abiertos.
Paletas Rotativas
Consiste en un eje vertical con paletas que giran continuamente a baja velocidad, accionado por un motor síncrono. Cuando un sólido llega a las paletas, cambia el giro del motor, accionando dos interruptores: uno activa una alarma (dependiendo del nivel) y el otro bloquea la energía eléctrica en el proceso.
21. Detectores de Nivel Continuo
Medidor de Nivel de Sondeo Electromecánico
Consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas, estableciendo un ciclo de trabajo en el peso en el nivel de sólidos en el tanque.
Medidor de Nivel de Báscula
Mide el nivel de sólidos indirectamente a través del peso del conjunto tolva y el producto. Conociendo el peso de la tolva, se determina el peso del producto y, por lo tanto, el nivel. El más empleado es el de galgas extensométricas.
22. Definición de Caudal
Caudal es la cantidad de fluido que avanza por una sección en un tiempo determinado.
23. Medidores de Caudal
Existen dos tipos:
- Medidores de caudal volumétricos
- Medidores de caudal de masa
24. Medidores Volumétricos
Determinan el caudal en volumen del fluido, directa (desplazamiento) o indirectamente (presión diferencial, área variable). Se utilizan transmisores de equilibrio de fuerza de silicio difundido, conectados a tubos en U, fuelle o diafragma.
25. Elementos de Presión Diferencial
- Placa/Orificio: Placa perforada instalada en la tubería (parte inferior y superior del tanque) que capta la presión diferencial del caudal.
- Tubo Venturi: Dispositivo que genera pérdidas de presión al pasar un fluido.
- Tubo Pitot: Se utiliza para calcular la presión total en una sección en dos puntos diferentes del caudal.
- Tubo Annubar: Mide la presión total en varios puntos del caudal en la sección o tubería.
26. Elementos de Área Variable
Se basan en transmisores de equilibrio de movimientos, puentes de impedancia, etc.
Rotámetros
Son caudalímetros de área variable en los que un flotador cambia su posición dentro de un tubo, determinando el caudal en fluidos (líquidos o gases) en tuberías. Permiten la lectura directa del flujo.
27. Medidores de Velocidad
Utilizan transmisores potenciométricos o piezoeléctricos para captar el caudal en una tubería.
28. Elementos que Miden Velocidad
- Vertederos con flotador
- Turbinas
- Sondas ultrasónicas
29. Medidores de Fuerza
Utilizan transmisores de equilibrio de fuerzas y funcionan como una galga extensométrica para captar el caudal.
30. Elementos de Fuerza
Placa de Impacto
Miden el flujo sumando la fuerza que el fluido ejerce sobre un blanco fijado en la tubería, midiendo la desviación del caudal en función de la frecuencia de la señal enviada por el transmisor.