Medicin de NivelLos medidores de nivel de lquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura de lquido sobre una lnea de referencia, bien la presin hidrosttica, bien el desplazamiento producido en un flotador por el propio lquido contenido en el tanque del proceso, bien aprovechando caractersticas elctricas del lquido o bien utilizando otros fenmenos.Los primeros instrumentos de medida directa se dividen en: sonda, cinta y plomada, nivel de cristal e instrumentos de flotador. El medidor de sonda consiste en una varilla o regla graduada de la longitud conveniente para introducirla dentro del depsito. La determinacin del nivel se efecta por lectura directa de la longitud mojada por el lquido. En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presin atmosfrica. Se utiliza, generalmente, en tanques de fuel-oil o gasolina.

Otro medidor consiste en una varilla graduada con un gancho que se sumerge en el seno del lquido y se levanta despus hasta que el gancho rompe la superficie del lquido. La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del tanque representa indirectamente el nivel. Se emplea en tanques de agua a presin atmosfrica.

Otro sistema parecido es el medidor de cinta graduada y plomada, representado en la figura (c), que se emplea cuando es difcil que la regla graduada tenga acceso al fondo del tanque. Se lanza la cinta con la plomada hasta que toca la superficie del lquido o hasta que toca el fondo del tanque. La marca del lquido en la cinta indica el nivel.

El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metlicos y cerrados por prensaestopas que estn unidos 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 El nivel de cristal normal (a) se emplea para presiones de hasta 7 bar. A presiones ms elevadas el cristal es grueso, de seccin rectangular y est protegido por una armadura metlica (b).

Los aparatos que miden el nivel aprovechando la presin hidrosttica son: Medidor manomtrico Medidor de tipo burbujeo Medidor de presin diferencial de diafragma

El medidor manomtrico consiste en un sensor de presin piezoresistivo suspendido de la parte superior del tanque e inmerso en el lquido. El sensor con ene un puente de Wheastone y, bajo la presin del lquido, el sensor se flexa y la tensin que crea es captada por las galgas extensiomtricos, dando lugar a un desequilibrio del puente y a una seal de salida proporcional a la presin aplicada, es decir, al nivel.

El sensor est contenido en una caja protectora con un diafragma flexible y relleno de aceite de silicona lo que le da una gran robustez. Puede estar acoplado a un transmisor electrnico o digital de 4-20 mA c.c. y comunicaciones HART, Fielbus, etc. Su exactitud es de, 0,25%.El sensor mide la presin debida a la altura de lquido h que existe entre el nivel del tanque y el eje del instrumento. As, pues, el campo de medida del instrumento corresponder: 0 - h y g pascalcon: h = altura del lquido en m y = densidad de lquido en kg/m3 g = 9,8 m/s2

El medidor de tipo burbujeo emplea un tubo sumergido en el lquido a cuyo travs se hace burbujear aire mediante un rotmetro con un regulador de caudal incorporado. La presin del aire en la tubera equivale a la presin hidrosttica ejercida por la columna de lquido, es decir, al nivel. El regulador de caudal permite mantener un caudal de aire constante (unos 150 l/h) a travs del lquido, independientemente del nivel. La tubera empleada suele ser de 1/2" con el extremo biselado para una fcil formacin de las burbujas de aire. Una tubera de menor dimetro tipo capilar reducira el tiempo de respuesta pero, en el caso de tanques pequeos y cambios de nivel rpidos, producira un error en la medida provocado por la prdida de carga del tubo.

El medidor de presin diferencial consiste en un diafragma en contacto con el lquido que mide la presin hidrosttica en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto, esta presin es proporcional a la altura del lquido en ese punto y a su peso especfico. P = H gen la que: P = presin H = altura de lquido sobre el instrumento y = densidad del lquido g = 9,8 m/s2 El diafragma forma parte de un transmisor neumtico, electrnico o digital de presin diferencial.

Medidor que aprovechan el desplazamiento del liquido El medidor de nivel de tipo desplazamiento consiste en un flotador parcialmente sumergido en el lquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsin unido rgidamente al tanque o bien a un resorte de equilibrio del que pende el flotador. En el modelo de tubo de torsin el flotador est suspendido de un pivote afilado, para reducir el rozamiento, situado en el extremo de un brazo y el otro extremo est soldado al tubo de torsin. Dentro del tubo, y unido a su extremo libre, se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro axial a un transmisor exterior al tanque. Al variar el nivel del lquido o la interfase en el caso de dos lquidos inmiscibles, cambia el peso del flotador con lo que la varilla libre del tubo de torsin gira en un movimiento proporcional al movimiento del flotador y, por lo tanto, al nivel.

El movimiento angular del extremo libre del tubo de torsin es muy pequeo, del orden de los 9. El tubo proporciona, adems, un cierre estanco entre el flotador y el exterior del tanque (donde se dispone el instrumento receptor del par transmitido). Segn el principio de Arqumedes, el flotador sufre un empuje hacia arriba que viene dado por la frmula:F = (S H y g)en la que:F = empuje del lquidoS = seccin del flotadorH = altura sumergida del flotador y= 9,8 m/s2y el momento sobre la barra de torsin es:M = (S H g - P) lSiendo l el brazo del tubo de torsin y P el peso del flotador.

Los instrumentos que utilizan las caractersticas elctricas del lquido son: Medidor resistivo/conductivo Medidor capacitivo Medidor ultrasnico Medidor de radar o microondas Medidor de radiacin Medidor de lser El medidor de nivel conductivo o resistivo consiste en uno o varios electrodos y un circuito electrnico que excita un rel elctrico o electrnico al ser los electrodos mojados por el lquido. Este debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrnico, y de este modo el aparato puede discriminar la separacin entre el lquido y su vapor, tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera de vapor.

El medidor de capacidad, conocido tambin por sensor de nivel de radiofrecuencia (RF) o de admitancia, mide la capacidad del condensador formado por un electrodo sumergido en el lquido y las paredes del tanque. Trabaja en la gama baja de radiofrecuencia de pocos MHz, midiendo la admitancia de un circuito de corriente alterna, la que vara segn el nivel de lquido en el tanque. Para clarificar la descripcin del instrumento de capacitancia, los trminos admitancia e impedancia de un circuito de c.a. son comparables a los de conductancia y resistencia de un circuito de c.c., es decir, la admitancia es la medida de la conductividad de un circuito de c.a. y es la inversa de la impedancia. La frmula de la capacitancia del conjunto electrodo-tanque es: K x / C = capacitancia en picoFaradios (pF) K = constante dielctrica del material A = rea efectiva de los conductores D = distancia entre los conductores

El sistema ultrasnico de medicin de nivel se basa en la emisin de un impulso ultrasnico a una superficie reflectante y la recepcin del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captacin del eco depende del nivel del tanque.Si el sensor se coloca en el fondo del tanque, enva un impulso elctrico que es convertido mediante un transductor (cristal piezoelctrico) a un impulso ultrasnico de corta duracin, que es transmitido a travs de la pared del tanque hacia el lquido. El impulso se refleja en la superficie del lquido y retorna hasta el transductor ultrasnico. El nivel del tanque viene expresado por:

El sistema de radar de microondas se basa en la emisin continua de una onda electromagntica, tpicamente dentro del intervalo de los rayos X (10 GHz). El sensor est situado en la parte superior del tanque y enva las microondas hacia la superficie del lquido. Una parte de la energa enviada es reflejada en la superficie del lquido y la capta el sensor. El tiempo empleado por las microondas es funcin del nivel en el tanque. La diferencia de frecuencias es proporcional al tiempo empleado por estas seales de transmisin y retorno, es decir, al nivel. Y as:

El sistema de radiacin (medicin por rayos gamma) consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del tanque y con un contador Geiger que transforma la radiacin gamma recibida en una seal elctrica de corriente continua.Otro tipo de detector consiste en un haz de fibras pticas que transmiten los fotones luminosos, creados en la estructura cristalina (dotada de materiales dopantes) cuando reciben la radiacin gamma, a un tubo fotomultiplicador.