Medidas de Nivel

Medidas de Nivel

La medición de nivel quizás sea la que más tecnologías disponen para su medición, y al contrario que el resto de las variables de proceso, existen en el mercado diversos sistemas de medición para las mismas aplicaciones.

Es por ello que también la complicación que tienen los usuarios finales para poder seleccionar un sistema de medición. La forma de seleccionar la tecnología casi siempre depende de dos factores como son el precio y la precisión requerida, aparte de la validez de la tecnología para nuestro proceso.

En el pasado, las tecnologías de medición estaban basadas principalmente en métodos mecánicos y neumáticos, hasta la llegada de la tecnología electrónica. 

A continuación se da una ligera visión de una selección representativa de las técnicas de medición de nivel más comúnmente utilizadas.

Indicadores de nivel de Vidrio

Era la medición de nivel más utilizada en la industria para indicaciones locales, aunque cada vez mas, es sustituido por los indicadores de nivel magnéticos. El sistema de medición está basado en el principio de vasos comunicantes. Se utiliza para líquidos “limpios”. El depósito requiere de dos conexiones para conectar el nivel, instalando entre las conexiones del nivel y el depósito unas válvulas de aislamiento para poder separar ambos sistemas.

Ventajas: Sencillo de instalar y barato (depende de presiones y temperaturas).

Inconvenientes: No válido para fluidos sucios, viscosos, no permite instalar dispositivos para retransmitir las señales.

Indicadores de nivel Magnéticos

Es la medición de nivel más utilizada en la industria para indicaciones locales. Al igual que los niveles de vidrio, el sistema de medición están basado en el principio de vasos comunicantes, con la diferencia que se sustituye el vidrio transparente por una serie de láminas magnéticas que van cambiando de posición, y por lo tanto de color, a medida que detectan nivel. Se utiliza para cualquier tipo de líquidos compatibles con los posibles materiales de construcción. El depósito requiere de dos conexiones para conectar el nivel, instalando entre las conexiones del nivel y el depósito unas válvulas de aislamiento para poder separar ambos sistemas.

Ventajas: Sencillo de instalar y es posible utilizar con altas presiones y temperaturas. Se le pueden acoplar contactos para utilizar como interruptor de nivel.

Inconvenientes: No válido para fluidos sucios o viscosos.

Indicadores de nivel con Manómetro

Es una medición de nivel sencilla, que se puede utilizar en tanques atmosféricos donde no se requiere una alta precisión. El método consiste en instalar un manómetro diferencial en la parte baja del depósito, con una conexión al tanque y la otra a la atmósfera. De esta manera el manómetro medirá la columna de agua correspondiente. En caso de que el líquido no sea agua, se debe compensar la medida con la densidad del líquido. El manómetro se debe solicitar con la escala en “%” o calibrada en mm.c.a., m.c.a., etc. El depósito requiere de una sola conexión para conectar el manómetro.

Ventajas: Sencillo de instalar y muy barato.

Inconvenientes: Poco preciso y sensible a los cambios de densidad.

Indicadores de nivel de Cinta, regleta o flotador/cuerda

Es una forma de medir nivel local de manera sencilla y utilizada principalmente en tanques atmosféricos, donde por la dimensión del mismo no sale rentable la instalación de otra tecnología de medición. El sistema de medición consiste en un flotador, un cable fino, dos apoyos y un contrapeso en la parte exterior del tanque.

En la parte exterior del tanque se coloca una varilla graduada, que con la posición del contrapeso indica el nivel del tanque. Este tipo de medición no suele utilizarse en mediciones de unidades de proceso, siendo su uso en grandes depósitos de almacenamiento de agua, gasóleo, etc.

Ventajas: Tecnología sencilla, adecuado para diversos productos y precisos.

Inconvenientes: No válido para fluidos sucios o viscosos, y requiere de una instalación mecánica un poco complicada.

Interruptor de Nivel por Flotador

Es una medición de nivel sencilla y utilizada cuando se requiere detectar un límite de nivel (alto, bajo, para realizar un permisivo o enclavamiento, etc.). La señal de salida es un contacto que cambia de estado cuando el líquido llega al punto donde se ha calibrado el flotador y no se tiene indicación local ni continua. El método consiste en un flotador, boya o cuerpo flotante montado sobre un brazo móvil y acoplado magnéticamente a un microinterruptor (externo al proceso). También hay versiones que consisten en un flotador redondo con un pequeño imán que sube a lo largo del tubo. En el tubo hay uno o varios relés de láminas, que harán conmutar el relé a medida que el flotador (imán) pase. En los interruptores de nivel se debe tener especial cuidado en el cableado del contacto en función de la detección de nivel que queramos hacer (alto, bajo, condición, etc.) y el estado del proceso en el momento de la calibración (vacío, lleno, nivel alto, etc.).

Ventajas: Sencillo de instalar, adecuado para muchos productos y barato.

Inconvenientes: Mal funcionamiento con productos viscosos, adherentes, etc. y requiere de una instalación directa al tanque, o a través de una derivación del mismo.

Interruptor de Nivel por Láminas Vibrantes

Es una medición de nivel sencilla y , al igual que los anteriores, es utilizada cuando se requiere detectar un límite de nivel (alto, bajo, para realizar un permisivo o enclavamiento, etc.). La señal de salida es un contacto que cambia de estado cuando el líquido llega al punto donde se ha calibrado. El método consiste en una horquilla oscilante preparada para que oscile en el aire a una resonancia determinada. Si la horquilla se recubre del líquido a detectar, la frecuencia de resonancia se reduce o amortigua completamente, transmitiéndose como una señal de salida. El tipo de horquilla y la frecuencia de  resonancia serán seleccionadas en función del líquido a detectar. Las aplicaciones más habituales son en medidas de sólidos y líquidos, y su utilización suele ser decisión del técnico competente.

Ventajas: Sistema de aplicación universal, no requiere ajustes, montaje sencillo y relativamente barato.

Inconvenientes: Mal funcionamiento con sólidos de un determinado tamaño de grano, ya que los gránulos se pueden quedar atrapados entre las horquillas.

Transmisor de Nivel por Desplazador

Es una medición de nivel sencilla en cuanto a tecnología, y el método consiste por desplazamiento de un flotador, boya o cuerpo flotante, y basado en la diferencia entre el peso del flotador y la fuerza de flotación hacia arriba que el medio ejerce sobre el cuerpo de desplazamiento. La fuerza de flotación hacia arriba depende del volumen del cuerpo de desplazamiento, la densidad relativa y el nivel del medio.

Obviamente para que el cuerpo se desplace, debe ser mas pesado que el medio. La fuerza diferencial se transmite a un medio de transmisión basado en un sistema de barra de torsión, acoplado a un transductor que transforma la fuerza en una señal acondicionada y estándar, siendo esta habitualmente 4-20 mA. Lo mas habitual es montar el desplazador en un tubo portante, y colocarlo externamente al

tanque, con el fin de mejorar las condiciones de mantenimiento, calibración y estabilidad del producto.

Ventajas: Sistema bastante preciso.

Inconvenientes: Sistema que depende de la densidad del producto y el método de instalación requiere equipamiento mecánico.

Transmisor de Nivel por Servomotor.

Es una medición de transmisión de nivel cuyo sistema consiste en que en la parte superior del depósito o silo, un tambor impulsado por un motor eléctrico hace descender un fleje sonda lastrado por un peso en su extremo. Una rueda de medición e interruptores de proximidad generan pulsos en lo que está

descendiendo el fleje. Cuando el peso llega al producto, el fleje se destensa y el motor invierte el sentido de giro y devuelve al peso a su posición de reposo. El número de pulsos medido durante el descenso se resta de la altura total del depósito mediante un contador previamente puesto a cero. Los pulsos pueden ser enviados directamente al sistema de control o por medio de un convertidor, pasarlos a 4-20 mA.

Ventajas: Sistema adecuado para depósitos/silos altos, buena precisión y válido para diversos productos.

Inconvenientes: Requiere bastante mantenimiento y tienen consumo eléctrico.

Transmisor de Nivel por “Burbujeo”

Es una medición de nivel sencilla en cuanto a tecnología, y el método consiste en medir la presión hidrostática en un tanque, insertando un tubo delgado en el líquido y aplicando aire comprimido en el tubo, de modo que se empuja hacia abajo la columna de líquido del tubo hasta que salgan burbujas de aire del líquido. La presión de aire en el tubo es entonces igual a la presión de la columna de líquido y

se puede medir con un transmisor de presión, que convierte la presión en 4-20 mA.

El aire comprimido se puede sacar de la red de aire de planta o aire de instrumentos, debiéndose ajustar por medio de un rotámetro. Este método se usa habitualmente cuando es un depósito o foso abierto, con fluidos sucios o corrosivos, etc.

Ventajas: Sistema bastante sencillo y apto para todo tipo de líquidos.

Inconvenientes: Sistema que requiere de aire comprimido, así como tiene un gasto continuo de aire. No utilizable en depósitos presurizados.

Transmisor de Nivel por presión Hidrostática y Diferencial.

Es una medición de nivel sencilla y basada en el mismo sistema que “Indicadores de nivel con Manómetro”. La presión hidrostática de la columna de líquido se mide directamente con un transmisor de presión o de presión diferencial. El transmisor se monta en la parte más baja del depósito. En el caso de depósitos presurizados, es necesaria la instalación de un transmisor de presión diferencial, de modo que a un lado de la cámara se mida la presión ejercida por la columna del líquido, mas la sobre presión del proceso, y en el otro sólo la sobrepresión. De esta manera la diferencia de presión es el peso de la columna del líquido. Lo más habitual en estos casos es la utilización de un transmisor de presión diferencial, pero también se podrían utilizar dos transmisores de presión relativa.

Ventajas: Sistema bastante sencillo y buena precisión.

Inconvenientes: Sistema que depende de la densidad y relativamente costoso por la instalación requerida.

Transmisores de Nivel Conductivos

Es una medición de nivel utilizada para aquellos productos que sean conductivos. Se mide la diferencia de conductividad en un electrodo parcialmente aislado cuando la sonda está cubierta por el producto conductivo, y cuando no lo está. La pared metálica del tanque se puede emplear como segundo electrodo, o si no es posible se debe introducir otro electrodo en el tanque.

Ventajas: Sistema bastante sencillo, buena precisión, no muy caro y se puede utilizar como interruptor de nivel.

Inconvenientes: Se debe tener cuidado en aquellos productos que puedan variar su conductividad, así como los que puedan tener la posibilidad de depositarse en la superficie de los electrodos.

Transmisores de Nivel Capacitivos

Es una medición de nivel bastante utilizada y el principio de medición consiste en que una sonda metálica (aislada) y la propia pared del depósito actúan como dos placas de un condensador. La capacidad del condensador depende del medio que haya entre la sonda y la pared. Si sólo hay aire, es decir, si el depósito está vacío, la capacidad del conductor es baja. Cuando parte de la sonda esté cubierta por el producto, la capacidad se incrementará. El cambio en la capacidad se convertirá a

una medida estándar, habitualmente siendo esta 4-20 mA. Este es un método de medición de nivel que se utiliza tanto como transmisor de nivel como interruptor de nivel. En aquellos casos en los que se pueda producir una interfase de productos (agua-lodo, aciete-agua, etc.) es una tecnología bastante utilizada.

Ventajas: Adecuado para productos corrosivos.

Inconvenientes: Por el principio de medición utilizado, está limitado a productos con propiedades eléctricas constantes.

Transmisores de Nivel Ultrasónicos

Es una medición de nivel bastante utilizada cuando se pretende evitar el contacto entre el instrumento y el producto, por problemas de agresividad del producto, etc. Consisten en que el método de reflexión del sonido se basa en el principio de retorno de un pulso de sonido emitido por un sensor. El pulso ultrasónico emitido se refleja en la superficie del producto y el mismo sensor vuelve a detectarlo después

de un tiempo. El tiempo de retorno es proporcional a la altura vacía del tanque, y por lo tanto al nivel del mismo. Este tiempo de retorno es convertido a señal estándar de 4-20 mA.

Ventajas: Adecuado para productos que sean problemáticos al contacto.

Inconvenientes: Da problemas en aquellos productos que puedan formar espuma. No es apto para fluidos a altas presiones y temperaturas, así como para procesos al vacío.

Transmisores de Nivel por Radar

Es una medición de nivel bastante utilizada cuando se pretende evitar el contacto entre el instrumento y el producto, por problemas de agresividad del producto, etc. Consisten en que el método de reflexión de las microondas y se basa en el principio de retorno de un pulso de microondas emitido por un sensor. Las microondas se reflejan por la diferencia de impedancia entre el aire y el producto y el mismo sensor

vuelve a detectarla. El tiempo de retorno es proporcional a la altura vacía del tanque, y por lo tanto al nivel del mismo. Este tiempo de retorno es convertido a señal estándar de 4-20 mA. A diferencia de los ultrasónicos, para las medidas de sólidos existe la alternativa de la tecnología llamada por “ondas guiadas”, en la que el pulso de radar va guiado por un cable que cuelga del depósito.

Ventajas: Adecuado para productos que sean problemáticos al contacto. Fácil instalación y válido para altas presiones y temperaturas.

Inconvenientes: El producto debe tener una constante dieléctrica mínima determinada.

Transmisores de Nivel Radioactivos

Es una medición de nivel poco utilizada, y sólo se usa cuando el producto o las condiciones así lo requieren (tanques de ácido sulfúrico o fluorhidrico, muy altas presiones, temperaturas, altas viscosidades, etc.). Este método de medición tiene la particularidad de que no hay contacto con el fluido, ya que utiliza el principio de radiación gamma. La radiación gamma no requiere equipo dentro del depósito puesto que penetra fácilmente las paredes del tanque. El método se basa en el hecho de que la radiación electromagnética que emite una fuente de rayos gamma alcanza el detector sin impedimentos cuando el tanque está vacío, pero es absorbida en mayor grado cuanto más lleno esté el depósito.

Ventajas: Adecuado para todos los productos y condiciones, y no requiere de modificaciones en los depósitos.

Inconvenientes: Equipo caro y requiere de unas condiciones de seguridad especiales (productos radiaoactivos) en transporte, instalación y operación.