MEDICIÓN DE NIVEL
En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto
desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la
consideración del balance adecuado de materias primas o de productos finales. (Creus, 2010)
Por lo tanto, la medición de nivel se define como la
determinación de la posición de la interface entre dos medios. Estos son
usualmente fluidos, pero pueden existir sólidos o combinación de ellos. La
interface puede existir entre un líquido y un gas, un líquido y su vapor, dos líquidos,
un sólido o sólido diluido y un gas.
Aplicaciones de
las mediciones de nivel
Las técnicas utilizadas de medición de nivel están
presentes desde: química, petroquímica, alimentación, cervecería, tratamiento
de aguas blancas, tratamiento de aguas residuales, materiales para la
construcción, centrales de energía, fabricación de papel, astilleros,
industrias del automóvil y aeronáutica.
Las razones para medir el nivel de líquidos son muy diversas,
por lo general, una o más de las que se describen a continuación constituyen el
motivo para la medición (y frecuentemente, el control automático) del nivel de
líquidos: Mantenimiento de condiciones seguras de operación, la optimización y
control de procesos, el ámbito de la investigación etc.
Campos de aplicación
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Utilización
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Invernaderos
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Medir el CO2,
la humedad relativa y la temperatura en el invernadero.
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Transformadores
de corriente
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Monitoreo en
línea de la humedad en transformadores de corriente
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Cabinas para
pintar
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El control de
humedad en las cabinas para pintar asegura un proceso eficiente y un acabado
de alta calidad.
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Panaderías
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Nivel de humedad
en los secadores y hornos.
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Fermentación
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Mide los
niveles de CO2.
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Almacenamiento
de frutas y verduras
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Controlar la
temperatura y humedad.
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Fuente: (Vaisala.com)
Métodos para la
medición de nivel
La medición de nivel consiste en medir la altura a la que se
encuentra la superficie libre del líquido a partir de una línea de referencia.
Existen básicamente dos métodos:
Métodos Directos
Estos consisten en medir directamente la superficie libre del
líquido a partir de una línea de referencia. Pueden ser:
- Observación visual directa de la altura sobre una escala graduada: medidor de vara, de tubo de vidrio, etc.
- Determinación de la posición de un flotador que descansa sobre la superficie libre del líquido: flotador y cinta, flotador y eje, etc.
- Electrodos que hacen contacto con la superficie libre del líquido.
(Jean-Francois, 2015)
Métodos Indirectos
Estos consisten en medir otros efectos que cambian con el nivel
del líquido. Entre ellos están:
- Medición de presión hidrostática o presión diferencial.
- Medición de fuerza de empuje. Como en el de tubo de torsión.
- Medición de la radiación nuclear. Medidor radioactivo.
- Reflexión de ondas de radio, de radar o sónicas desde la superficie libre del líquido. Medidor ultrasónico.
- Medición de la capacitancia eléctrica.
Estos métodos tienen un error inherente debido a que el nivel se
determina a partir de la medida de otra variable. (Jean-Francois, 2015)
En la selección de un medidor de nivel de líquidos se requiere
básicamente:
- Altura del tanque
- Rango de nivel: máximo, normal, mínimo.
- Características del fluido
- Exactitud requerida
Servicio:
- Fluido
- Temperatura
- Presión
Esquema
de los diferentes tipos de medidores de nivel
MEDICIÓN DE CONCENTRACIÓN
Concentración es la cantidad de un elemento en una solución y, por lo
tanto, esta medida no depende de la temperatura, al contrario de la densidad.
Explicación.
Si tenemos una solución con 25% de azúcar a
20ºC, la solución tendrá densidad ρ; si calentamos la solución a 60ºC seguimos
con los mismos 25% de azúcar, pero la densidad de la solución será ρ', tal que
ρ' < ρ, pues siempre que aumentamos la temperatura de un líquido su densidad
disminuye.
Por lo tanto, algunos procesos
industriales utilizan la concentración como unidad de medición y para control
del proceso. Las unidades de concentración más usadas son:
Grado Brix:
Es el porcentaje de masa de sacarosa
presente en una solución.
Por ejemplo: La solución a 30º Brix tendrá 30g
de sacarosa en 100g de solución.
Utilización: Industrias de azúcar y etanol, de
jugos, refrigerantes, cervecerías, etc.
Grado Baumé:
Hay dos fórmulas distintas para su
cálculo:
Para líquidos más leves que el agua:
°Be (leve) = (140/GE)-130
Para líquidos más pesados:
°Be (pesado)=145-(145/GE)
Utilización: Industrias químicas,
petroquímicas, papel y celulosa, etc.
Grado INPM:
Es el porcentaje en peso de alcohol
de una solución hidroalcohólica.
Por ejemplo: Una solución hidroalcohólica a
97º INPM contiene 97 g de alcohol en 100g de solución.
Utilización: Destilerías de alcohol, etc.
Grado GL (Gay Lussac):
Es el porcentaje de volumen de
alcohol en una solución hidroalcohólica.
Por ejemplo: Una solución hidroalcohólica a
97ºGL contiene 97g de alcohol en 100g de solución.
Utilización: Industrias de bebidas, etc.
Grado API:
Se calcula a través de la expresión:
°API= (141.5/GE)-131.5
Utilización: industria del petróleo.
Aplicaciones
industriales
INSTRUMENTOS DE
MEDICIÓN DE NIVEL
Sistemas basados
en flotadores: miden el nivel
del equipo según
el desplazamiento que experimente el flotador o la boya.
Sistemas basados
en medidas de
presión: miden el
nivel del equipo basándose en que la presión del fondo
del recipiente está directamente relacionada con ésta.
Sistemas basados
en la variación
de la capacidad
eléctrica: miden el nivel
del equipo a partir
de la variación
de la capacidad
eléctrica del líquido con
respecto al aire.
Sistemas de
medidas de nivel por
dispositivos ultrasónicos: disponen de un sensor que emite una señal
ultrasónica y que mide el tiempo que tarda en llegar la onda a la superficie de
líquido del equipo.
INSTRUMENTOS DE
MEDICIÓN DE CONCENTRACIÓN
Los
sensores de medición
de composición son
dispositivos encargados de
medir la densidad de los fluidos
con la finalidad de determinar la concentración de éstos. Cabe destacar los
siguientes equipos:
Aerómetros: son dispositivos que necesitan estar sumergidos en
el fluido para poder realizar una medición. La temperatura máxima a la que
pueden trabajar oscila entre los 120
y los 230 °C
y a una
presión entre 6
y 8 bares.
Estos dispositivos
únicamente se pueden
utilizar si la viscosidad del
fluido de operación es inferior
a 50cP.
Métodos de
presión diferencial: se
necesita trabajar a una
temperatura constante, la presión máxima a la que se puede trabajar son
los 300 bares y la temperatura 170 °C. No se pueden utilizar con fluidos
corrosivos.
Métodos de
desplazamiento: utilizan
flotadores o barras de torsión y trabajan a presiones máximas de 40 bares y a
200 °C de temperatura como máximo
Refractómetro: basados en la ley Sneil, estos instrumentos se
suelen utilizar en evaporadores.
Método de
radiación: miden la densidad a
partir del grado con el que el líquido absorbe la radiación gamma. Estos
equipos se pueden utilizar para todo tipo de fluidos ya que no están conectados
directamente a éstos.
Método de
punto de ebullición:
miden la
diferencia de temperaturas
de ebullición del líquido
y del agua.
Estos instrumentos se
suelen utilizar en evaporadores.
Medidor de
ultrasonidos: miden la
velocidad del sonido
dentro del fluido, determinando así su densidad.
