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Medidores de nivel

Kleiver HerreraC.I.19787632REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIAANTONIO JOSE DE SUCREAMPLIACION GUARENASESCUELA: MECANICA

En su sentido ms general nivel hace referencia a una "altura" relativa a otra altura; generalmente se toma como punto de referencia una base. Cuando la altura es geogrfica, se denomina altitud y se toma como base de referencia el nivel del mar.Nivel de sistema hace referencia a la posicin relativa de determinados conjuntos de elementos en su disposicin en diferentes planos de organizacin de un sistema. Se sugiere de este modo una disposicin segn una jerarqua; a su vez una jerarqua, o nivel determinado, puede ser considerado como sistema, dentro del sistema ms general.Concepto de nivelLos medidores de lquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura del lquido sobre una lnea de referencia, bien la presin hidrosttica, bien el desplazamiento producido por un flotador por el propio lquido contenido en el tanque, o bien aprovechando las caractersticas elctrica del lquido.

Los primeros, instrumentos de medida directa se dividen en: sonda, cinta y plomada, nivel de cristal e instrumentos de flotador. Estos usan el principio mecnico de transmisin de movimiento entrando en contacto directo con el lquido mediante algn brazo de extensin, adems operan a presin atmosfrica generalmente y se puede decir que son los ms simples y menos costosos. Por ello, son de gran utilidad y frecuentemente son los candidatos escogidos en la industria siempre y cuando las caractersticas del lquido y del proceso lo permitan.

Medidores de nivelMedidor manomtrico.

Medidor de membrana

Medidor tipo burbujeo

Medidor de presin diferencial de diafragma.

Los aparatos que miden el nivel aprovechando la presin hidrosttica se divide enEstos aparatos son un poco ms complejos en tanto usan el principio de que la presin en la base de un tanque contenedor de un lquido es directamente proporcional a la altura y densidad de la columna de fluido.

El empuje producido por el propio lquido lo aprovecha el medidor de desplazamiento a barra de torsin. Que consiste en un flotador parcialmente sumergido en el lquido y conectado mediante un tubo de torsin unido rgidamente al tanque.

Los instrumentos que utilizan las caractersticas elctricas del lquido se clasifican en:

Todos los fluidos tienen propiedades elctricas que los hacen distintivos, mediante dispositivos o electrodos que permiten el paso de cierta forma de onda electromagntica o flujo de partculas que al ser recogidas muestran alteraciones que permiten calcular el nivel del lquido.

Cada medidor tiene sus propios rangos de precisin y de operacin, as como ventajas y desventajas, los cuales se resumen en la siguiente tabla:

Medidor resistivo

Medidor conductivo

Medidor capacitivo

Medidor Ultrasnico

Medidor de radiacin

Medidor de lser.

En los procesos continuos la industria ha ido exigiendo 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.

Los detectores 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, el medidor conductivo, las paletas rotativas y los ultrasonidos.

Los medidores de nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel desde el punto ms bajo al nivel ms alto. Entre los instrumentos empleados se encuentran el de peso mvil, el de bscula, el capacitivo, el de presin diferencial, el de ultrasonidos y el de radiacin.

Al igual que en el caso de los medidores de nivel de lquidos, se puede presentar una tabla esquemtica comparativa de los rangos de operacin y las caractersticas de los distintos medidores de nivel de slidos.

Medidores de slidos

Cuadro de textoEn los procesos industriales se hace menester contar con medidores de nivel de los slidos o lquidos de operacin, acordes a las caractersticas de operacin y de la carga, a la disponibilidad econmica y a la necesidad de respuestas rpidas de medicin.

Los medidores de nivel de lquidos existen en una gran variedad. Los ms usados son los de desplazamiento y de presin hidrosttica debido a su confiabilidad y bajo coste.

Cuando las cargas de operacin se encuentran a altas presiones y temperaturas, o cuando son altamente peligrosos, se requiero de medidores de nivel ms complejos que los cotidianos. Preferiblemente que no entren en contacto con el lquido y que utilicen algn tipo de radiacin electromagntica para la medicin. En ello se requieren los mejores estndares de seguridad y precisin.

Existen distintos mtodos para la medicin de nivel de lquidos con caractersticas particulares que los hacen ms para unas aplicaciones u otras.Los principales tipos de medidores de nivel son los que se basan en :

Medicin directa. La presin hidrosttica. Las propiedades elctricas del lquido. El desplazamiento.Los medidores de nivel comerciales suelen combinar varios de los mtodos anteriormente citados para aprovechar cada una de las ventajas que ofrecen.

Medidores de nivel. Tipos y caractersticas Son aquellos que se basan en la medicin directa de la altura de lquido. Se pueden dividir en aquellos que son mecnicos y generalmente manuales de los que basan la medicin del nivel en un flotador acoplado a equipo elctrico.

Medidores de nivel directosConsiste en una varilla que se introduce en el tanque a medir. Al retirar la varilla del depsito, el nivel alcanzado quedar marcado en la varilla.

El operario que realiza la medicin est en la parte alta del depsito por lo que este mtodo est contraindicado para la medicin de productos cuyas propiedades puedan ser perjudiciales para el operario o sea complejo situarse en la parte alta del depsito.Varilla de medicin

A dos llaves situadas en los extremos inferior y superior del depsito se coloca un tubo de vidrio o plstico transparente que permite ver visualmente la altura del lquido.

Tiene la ventaja de ser rpido y cmodo y la desventaja principal de que el elemento transparente suele ser menos resistente que el material con el que est fabricado el depsito y puede romperse ocasionando un vertido de producto.Cristal de medicinEst basado en el Principio de Arqumedes. Consiste en un flotador parcialmente sumergido en el lquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsin, unido al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre hay una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque. El ngulo de rotacin del extremo libre del tubo de torsin es funcin directa de la fuerza aplicada. Al subir el nivel, el lquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del lquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, as que el esfuerzo medido por el tubo de torsin ser muy pequeo.Puede usarse en tanques abiertos y cerrados, a presin o a vaco, con una buena sensibilidad, pero presenta el inconveniente del riesgo de depsitos de slidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisin de la medida).Medicin por desplazamiento

Consiste en un flotador ubicado en el seno del lquido y conectado al exterior del tanque, indicando directamente el nivel sobre una escala graduada. Es usado en tanques de capacidad grande. El flotador debe mantenerse limpio. El flotador, sigue el movimiento del nivel de lquido.EscalaContrapesoTienen una precisin de 0,5 %. Son adecuados en la medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a presin o a vaco.El flotador puede trabarse en el tubo gua por los slidos o cristales que el lquido pueda contenerLos tubos gua muy largos pueden daarse ante olas bruscas en la superficie del lquido o ante la cada violenta del lquido en el tanque.Flotador

Se basan en la presin que ejerce la columna de lquido. Esta presin depender del nivel de producto, de su densidad y de la presin atmosfrica. Medidores de nivel hidrostticos

El Medidor de Presin DiferencialConsiste en un diafragma en contacto con el lquido del tanque, que permite medir la presin hidrosttica en un punto del fondo.En un tanque abierto, esta presin es proporcional a la altura del lquido en ese punto y a su peso especfico. El diafragma forma parte de un transmisor neumtico o electrnico de presin diferencial.La precisin de los instrumentos de presin diferencial es bastante buena.El material del diafragma debe ser compatible con el fluido que se encuentra en el tanque.Medicin por presin diferencial

La manera ms sencilla de medir el nivel es colocar un sensor de presin relativa ( sin contar la presin atmosfrica ) en la parte baja del depsito. La presin del lquido ser recogida por el sensor y ajustando por la densidad se conocer el nivel.Medidores de nivel por presinCuando no es posible o conveniente colocar un sensor de presin en el fondo del depsito, se puede colocar una varilla hueca que llegue hasta el fondo y desplazar el lquido que hay dentro de la varilla por aire. Sobre el punto ms bajo de la varilla se ejercer una presin equivalente a la altura del lquido que se transmitir hasta un punto alejado del depsito donde se coloca un sensor de presin.

Son equipos muy robustos que no tienen partes mviles en contacto con el lquido y seguros por no llevar electricidad a la zona del depsito. El burbujeo, adems, limpia la zona y evita que se queden residuos que impidan la medicin del nivel. Est desaconsejado su uso en lquidos muy viscosos en los que la burbuja no pudiera quedar atrapada y no se transmita la presin de manera correcta.Medidores de nivel por burbujeo

El principal inconveniente de medir la presin para encontrar el nivel, es que la altura del lquido depende de la densidad del mismo. Muchas veces la densidad es desconocida o variable, bajo efectos como la temperatura. Midiendo en dos puntos a una distancia conocida, se puede calcular la densidad y una vez conocida, calcular con precisin la altura del lquido.Medidores de nivel por presin diferencial Medidores de nivel capacitivos

Funcionan midiendo las variaciones de la capacitancia de una sonda introducida en el lquido del cual se quiere medir el nivel.

La constante dielctrica del lquido es diferente de la del aire; midiendo la cantidad de carga elctrica en la sonda se establece la altura del lquido.

Los medidores de nivel capacitivos ofrecen la ventaja de no tener partes mviles.Medidores de nivel segn las propiedades elctricas del producto a medir Medidores de nivel por ultrasonidos.Los niveles de ultrasonidos emiten una onda que llega hasta la superficie del lquido y rebota hasta volver a llegar al sensor de nivel. El tiempo que tarda la onda en ir y venir determinar la distancia entre sensor y altura, que restando de la altura total, ofrecer la altura del lquido.

Generalmente trabajan a 20 o 40 kHz.

Ofrecen la ventaja de que no hay partes inmersas en el lquido y su colocacin es muy sencilla. Pueden presentar problemas cuando los lquidos forman espumas o la geometra del depsito genera ecos que perturban la seal de la lmina de lquido.Los medidores de nivel de la serie SC de Coltech funcionan bajo este principio.Funciona en lquidos conductores de la electricidad y detectan el cierre de un circuito elctrico.

Se suelen emplear como medidores discretos por puntos. Se colocan dos electrodos a la altura que se desea controlar. Un electrodo est conectado al negativo de una pila y otro al positivo. Cuando el lquido baa ambos electrodos, se cierra el circuito elctrico, detectndose, de esta manera, que el lquido ha alcanzado este nivel.

Son muy sencillos y econmicos. El principal inconveniente es que no todos los lquidos conducen la electricidad, lo que restringe el mbito de aplicacin de esta tecnologa.Medidores de nivel conductivosFuncionan acoplando un flotador a un indicador mecnico mediante un brazo. El flotador se mueve a lo largo del rango del depsito y ese desplazamiento se transmite al dial mediante el brazo.

Son sencillos pero no suelen tener una precisin muy alta.Medidores de nivel por desplazamientoTubo de vidrio con su extremo inferior conectado 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).Funciona por el principio de vasos comunicantes.El nivel de vidrio va acompaado de una regla graduada.Se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones ms elevadas el vidrio es grueso, de seccin rectangular y est protegido por una armadura metlica.Visor de Vidrio:

La medida o medicin directa, cuando se obtiene con un instrumento de medida que compara la variable a medir con un patrn. As, si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador. Obsrvese que se compara la longitud del objeto con la longitud del patrn marcado en el calibrador, hacindose la comparacin distancia-distancia. Tambin, se da el caso con la medicin de la frecuencia de un ventilador con un estroboscopio, la medicin es frecuencia del ventilador (n de vueltas por tiempo) frente a la frecuencia del estroboscopio (n de destellos por tiempo).Medicin directaNo siempre es posible realizar una medida directa, porque existen variables que no se pueden medir por comparacin directa, es por lo tanto con patrones de la misma naturaleza, o porque el valor a medir es muy grande o muy pequeo y depende de obstculos de otra naturaleza, etc. Medicin indirecta es aquella en la que una magnitud buscada se estima midiendo una o ms magnitudes diferentes, y se calcula la magnitud buscada mediante clculo a partir de la magnitud o magnitudes directamente medidas.

Ejemplo 1: Se quiere medir la temperatura de un litro de agua, pero no existe un medidor de comparacin directa para ello. As que se usa una termopar, la cual, al ingresar los alambres de metal al agua, se dilatan y dicha dilatacin se convierte en una diferencia de voltaje gracias a un transductor, que es funcin de la diferencia de temperatura. En sntesis, un instrumento de medicin indirecta mide los efectos de la variable a medir en otra instancia fsica, cuyo cambio es anlogo de alguna manera. Medicin indirecta