La medición de nivel es una de las variables más controladas en multitud de procesos industriales. Es importante para asegurar una calidad estable de producto, lograr la seguridad de planta y velar por la eficiencia económica. Puede diferenciarse entre medición en continuo y detección de nivel en líquidos y sólidos granulados. A continuación, expondremos distintos métodos de medición de nivel existentes, con sus pros y sus contras.
Métodos de medición
1. Método de la mirilla de nivel
Se puede obtener una indicación virtual de nivel en líquidos razonablemente limpios si parte del tanque o contenedor está fabricado con algún material transparente. Si se monta una mirilla de nivel en una tubería de derivación con llaves de paso en cada extremo para aislarla del tanque principal, esta mirilla de nivel de puede retirar para ser limpiada, etc. Hoy en día apenas quedan ejemplos de este tipo de niveles en procesos industriales.
Ventajas: Sencillo y relativamente barato.
Desventajas: No muy adecuado para procesos industriales, y no permite retransmitir la información.
2. Método de la barra calibrada
Este es otro método manual que se puede emplear tanto en líquidos como en sólidos granulados. Un ejemplo de barra calibrada es la varilla que se usa para comprobar el nivel de aceite en los motores de coche.
3. Interruptor de flotador
Es un sistema muy conocido y sencillo, que consiste en un flotador unido a un brazo móvil y acoplado magnéticamente a un micro interruptor (externo al depósito). Otras versiones consisten en un flotador redondo con un imán a lo largo de un tubo, en el cual hay uno o varios relés de láminas. Estos relés de láminas hacen conmutar el relé a medida que el flotador (el propio imán) pase.
Ventajas: Método sencillo, económico y adecuado para muchos productos
Desventajas: Montaje requerido, punto de conmutación no reproducible, no funciona bien si hay adherencias.
Ejemplo de interruptor de flotador de Endress+Hauser Liquifloat FTS20:
4. Método de flotador/cuerda
Este método consiste en un flotador, un cable fino, dos agarres y un peso suspendido en la parte exterior de un taque abierto. En el exterior se sitúa una escala graduada, de forma que la posición del peso a lo largo de la escala indica el nivel de producto en el tanque. No es un dispositivo adecuado para aplicaciones en proceso.
Ventajas: Sencillez y precisión para diversos productos.
Desventajas: Se requiere bastante equipamiento mecánico.
5. Método por desplazamiento
Se basa en la diferencia entre el peso de un cuerpo y la fuerza de flotación que el medio ejerce sobre el cuerpo. Esta fuerza depende del volumen del cuerpo, la densidad relativa y nivel del producto. El diferencial de fuerza se transmite a un transductor de medición por un sistema de barra de torsión, manteniéndose el equipo sellado. Este transductor tiene salida 4-20 mA.
Ventajas: Precisión
Desventajas: Mucho equipamiento mecánico y dependencia de la densidad relativa.
6. Método por burbujeo
Funciona midiendo la presión hidrostática en un tanque insertando un tubo delgado en el líquido y aplicando aire comprimido en el tubo, para empujar hacia abajo la columna de líquido del tubo hasta que salgan burbujas de aire del líquido. Las presiones de aire en el tubo y de la columna de líquido se igualan, y se puede medir con un transmisor de presión.
Ventajas: Válido para sustancias corrosivas y sencillo montaje.
Desventajas: No apto para depósitos presurizados, y necesidad de líneas de aire y consumo de aire.
7. Método de la presión hidrostática
Con este método, se mire la presión hidrostática de la columna de líquido directamente con un transmisor de presión, o de presión diferencial, si el depósito está presurizado. En este último caso, los transmisores se instalan en la parte más baja posible del tanque.
Ventajas: Buena precisión junto a un sencillo montaje y ajuste.
Desventajas: Caro para medición de presión diferencial, y depende de la densidad relativa.
Ejemplo de transmisor de presión diferencial Deltabar PMD55 de Endress+Hauser
8. Método de pesaje
Funciona con células de carga que se montan en el tanque entero o en el silo, y es apto para líquidos y áridos.
Ventajas: Medición de nivel precisa si el producto tiene densidad constante. Realmente no mire el nivel directamente, sino el peso.
Desventajas: Mucho equipamiento mecánico y muy caro.
9. Método de horquillas vibrantes
Sólo vale para medición puntual de nivel, y se basa en una horquilla oscilante preparada para oscilar en el aire. Al quedar la horquilla sumergida en el producto, la frecuencia de resonancia disminuye o cesa. Este cambio en la frecuencia produce una señal de salida.
Ventajas: Válido para muchos productos, barato, seguro y sencillo montaje.
Desventajas: Limitado a tamaño de grano a partir de 10mm para que los gránulos no queden atrapados entre las horquillas.
Ejemplo de detector de nivel por horquilla vibrante Liquiphant FTL31:
10. Método de la supresión de la rotación
Es un método de interruptor de nivel. Consiste en una paleta que gira gracias a un pequeño motor eléctrico que, al cubrirse de producto, el par del motor activa un micro interruptor que emite una señal de nivel. También conocidos como interruptores de paleta rotativa, sólo funciona con áridos.
Ventajas: Barato, sencillo, sin ajustes.
Desventajas: Sufre desgaste, no vale para productos demasiado ligeros o densos.
Ejemplo de detector de nivel por paleta rotativa Soliswitch FTE20 de Endress+Hauser:
11. Sistema de medición por plomada
Un tambor movido por un motor eléctrico hace descender un fleje sonda lastrado por un peso en su extremo, desde lo alto del silo. Una rueda de medición, junto a interruptores de proximidad, generan un pulso por cada centímetro de descenso libre de la pesa del sensor. Cuando la pesa toca el producto, el fleje pierde tensión, momento en el cual el motor invierte su sentido de giro y sube la pesa hasta su posición original. El número de pulsos medido durante el descenso se resta de la altura total del silo mediante un contador previamente puesto a cero. El resultado es el nivel. Estos pulsos también se pueden transmitir a un convertidor digital/analógico que tenga por salida una señal 4-20 mA.
Ventajas: Adecuado para silos de más de 30m y para diversos productos. Precisión aceptable.
Desventajas: Requiere mantenimiento. La medición que da es discreta.
Ejemplo de medición de nivel por transmisor electromecánico Silopilot FMM20:
12. Detección de nivel por conductividad
Válido solo para empleo con líquidos conductivos, mide la diferencia de conductividad en un electrodo cuando la sonda está cubierta de producto, y cuando no lo está. Como segundo electrodo, puede emplearse la propia pared metálica del tanque, o introducir un segundo electrodo.
Ventajas: Barato, sencillo y adecuado para control en dos puntos.
Desventajas: Requiere mantener la sonda libre de grasa u otros residuos depositados, y sólo puede emplearse con productos conductivos.
Ejemplo de sonda de varilla para detección multipunto en hasta 5 puntos de conmutación Liquipoint FTW31
13. Medición de nivel por capacidad
Convierte al tanque, junto con una sonda metálica aislada, en un condensador cuya capacidad depende del medio (y, por lo tanto, del producto) presente entre la sonda y la pared del tanque. Con sólo aire, la capacidad es baja. Sin embargo, cuanto más producto, más aumenta esta capacidad. Este cambio en la capacidad puede transformarse en una señal de relé o en una señal analógica. Este sistema es también válido para medir la altura de la capa de separación entre dos productos (interfase).
Ventajas: Válido tanto para líquidos como para sólidos, sin partes móviles y adecuado para medios altamente corrosivos.
Desventajas: Limitado a productos con propiedades eléctricas variables.
Ejemplo de detector de nivel capacitivo para líquidos acuosos Liquipoint FTW23
14. Método del tiempo de retorno de los ultrasonidos
Está basado en el tiempo que tarda una onda de ultrasonido en viajar desde el emisor, rebotar en el producto y volver a la fuente, que también es un receptor. Este tiempo nos da la medida de la distancia entre el emisor y el producto. Si a la altura total del tanque le restamos esta distancia, tenemos el nivel del producto. Este tiempo de retorno se convierte en una señal analógica.
Ventajas: Sin contacto con el producto, apto para diferentes líquidos y sólidos granulados.
Desventajas: No funciona bien con demasiada espuma en la superficie del producto, ni tampoco con fuertes variaciones de presión y temperatura. Tampoco funciona en condiciones de vacío.
Ejemplo de medidor ultrasónico de nivel en líquidos y sólidos granulados Prosonic FMU30:
15. Método del tiempo de retorno de las microondas
Parecido al método por ultrasonidos, también se basa en el tiempo de retorno de una onda, en este caso de radar. Restando a la altura del depósito, la altura equivalente del tiempo de retorno de la onda de radar al rebotar con el producto, tenemos el nivel de producto, el cual también se expresa finalmente como una señal analógica de salida del sistema.
Ventajas: Sin contacto con el producto (salvo excepciones en sistemas de radar guiado). No le afecta la presión ni temperatura.
Desventajas: Al ser una onda electromagnética, depende de la contante dieléctrica del producto, que tiene que tener un valor mínimo.
Ejemplo de medidor de nivel por radar Micropilot FMR10:
16. Método por absorción de radiación gamma
Su empleo se reserva para condiciones muy extremas (altas presiones, altas temperaturas, producto abrasivo, corrosivo, tóxico o pegajoso). El equipo no requiere estar dentro del tanque, ya que la radiación gamma atraviesa sin problemas las paredes del mismo. En función de la presencia o ausencia de producto en la línea recta que use emisor de radiación y receptor (al otro lado del tanque), el grado de absorción de radiación cambia, lo que se aprovecha como un indicador de nivel puntual. Si se establecen varios receptores a lo largo de la altura del tanque, y se emite un haz por receptor, puede aproximarse estas diferentes salidas de nivel puntual a una salida analógica.
Ventajas: Adecuado para todos los productos. Sin contacto con el producto. Sin modificaciones en el tanque.
Desventajas. Caro. Requiere medidas especiales de seguridad.
Ejemplo de contenedor de fuente radioactiva FQG62 de Endress+Hauser:
Teniendo en cuenta todas las posibles tecnologías para la medición de nivel, no es tarea fácil escoger la tecnología que mejor se adapta a cada tipo de aplicación. Por ello, en Contaval y Endress+Hauser contamos con una amplia experiencia en multitud de aplicaciones y estaremos encantados de poder asesorarles en todo cuanto esté en nuestras manos para que pueda conseguir una medición de nivel precisa, estable y segura, seleccionando el equipo más adecuado en cada caso.
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