2.3. Instrumento Basado en el Desplazamiento

        Estos instrumentos son aquellos que miden el nivel aprovechando el empuje producido por el propio líquido. Dentro de esta categoría estudiaremos los medidores de nivel de tipo desplazamiento.

2.3.1 Medidor de nivel de Tipo Desplazamiento. 

        Este tipo de medidor de nivel (figura 2.10) consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque.

        El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo de rotación de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada, es decir, al momento ejercido por el flotador. El movimiento angular del extremo libre del tubo de torsión es muy pequeño, del orden de los 9º. El tubo proporciona además un cierre hermético entre el flotador y el exterior del tanque donde se dispone el instrumento receptor del par transmitido.

        Según el principio de Arquímides, el flotador sufre un empuje hacia arriba que viene dado por la fórmula  F = S H g g, en la que F es el empuje del líquido, S la sección del flotador, H  la altura sumergida del flotador, g  la densidad del líquido y g, la aceleración de la gravedad.

        El momento sobre la barra de torsión está dado por  M = (S H g g - P) l, donde l es el brazo del tubo de torsión y P el peso del flotador.

        Tal como se puede ver en la expresión anterior, al aumentar el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño. Por el contrario, al bajar el nivel, una menor parte del flotador queda sumergida, de modo que la fuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor torsión.

        El instrumento se puede utilizar también en la medida de interfase entre dos líquidos inmiscibles de distinta densidad, como por ejemplo agua y aceite. En este caso el flotador es de pequeño diámetro y de gran longitud, y está totalmente sumergido. El peso del volumen desplazado por el flotador, es decir, el empuje, se compone entonces de dos partes: el líquido más denso en la parte inferior y el menos denso en la parte superior, con una línea de separación (interfase) de la que depende el par de torsión proporcionado al transmisor exterior. En efecto, si x es la zona del flotador inmersa en el líquido de mayor densidad, l es la longitud total del flotador, y g1, g2  son las densidades de los líquidos, entonces el empuje hacia arriba estará dado por F = Sx * g1 *g +S(l - x) * g2 *g.

        Claramente, este empuje depende del nivel relativo de separación de los dos líquidos y que la amplitud de medida está determinada por la diferencia entre las dos densidades de los líquidos:  F_max - F_min = S l g1 g - S l g1 g= Sl (g1 - g2) g.

        Las dimensiones relativas del flotador, es decir, longitud y diámetro, dependerán de la amplitud de medida seleccionada.

        El instrumento sirve también para medir la densidad del líquido y, en este caso, el flotador está totalmente sumergido. El campo de medida de densidades es bastante amplio, de 0.4 a 0.6.

        Por otro lado, el cuerpo del medidor puede estar montado directamente en el tanque (montaje interno) o en un tubo vertical al lado del tanque (montaje exterior).

        El movimiento del brazo de torsión puede transmitirse por medio de un eslabón a un transmisor neumático o electrónico de equilibrio de fuerzas, o digital, permitiendo en la conexión una compensación mecánica o digital para el peso específico del líquido. En la figura 2.10 se representa un esquema de funcionamiento.

        La precisión es del orden de ± 0.5  % a ±  1 % y puede utilizarse en tanques abiertos y cerrados a presión o  a vacío, pero presenta el inconveniente del riesgo de depósito de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida y es apto sólo para la medida de pequeñas diferencias de nivel, aproximadamente 2000 mm máximo. La medida del nivel de interfases requiere flotadores de gran volumen.

Figura 2.10. Medidor de Nivel de Desplazamiento.

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2.4. Instrumentos basados en características eléctricas del líquido. 

        Se conocen varios métodos eléctricos para medir niveles de líquidos, pero estos se emplean principalmente para regular el nivel en un punto o entre dos puntos sin ninguna medición intermedia. Algunos de estos son el medidor de nivel conductivo, medidor de capacidad, medidor de nivel ultrasónico, el sistema de medición de rayos gamma y el medidor de láser. 

2.4.1. Medidor de Nivel Conductivo. 

        El medidor de nivel conductivo consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico, dispositivo que abre y cierra un circuito, que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos. El líquido debe ser lo suficientemente conductor para excitar el circuito electrónico, y de este modo el aparato puede discriminar la separación entre el líquido y su vapor, y tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera de vapor.

        La impedancia o resistencia mínima aparente del circuito es del orden de los 20 MW/cm, y la tensión de alimentación es alterna para evitar fenómenos de oxidación en las sondas por causa del fenómeno de la electrólisis. Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico y circula una corriente segura del orden de los 2mA. El relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien, en su lugar se disponen dos electrodos levemente separados enclavados eléctricamente en el circuito.

        El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza relés eléctricos para líquidos con buena conductividad (figura 2.11 a), y relés electrónicos para líquidos con baja conductividad (figura 2.11 b). Montados en grupos de 24 o más electrodos, puede complementar los típicos niveles de vidrio de las calderas, y se presta a la transmisión de nivel a la sala de control y a la adición de alarmas correspondientes.

        Una variante del aparato se utiliza en el control del nivel de vidrio en fusión (figura 2.11 c). En este, un sistema electromecánico baja el electrodo hasta que éste entra en contacto con la superficie del  vidrio fundido que a las temperaturas de fusión es conductor. El circuito está proyectado de tal forma que en el momento del contacto, el electrodo queda detenido y su posición marcada en un registrador. Instantes después invierte su movimiento hasta romper el contacto eléctrico y se repite nuevamente el ciclo. 

     El instrumento es versátil, sin partes móviles, su campo de medida es grande con la limitación física de la longitud de los electrodos. El líquido contenido en el tanque debe tener un mínimo de conductividad y si su naturaleza lo exige, la corriente debe ser baja para evitar la deterioración del producto. Por otro lado, conviene que  la sensibilidad del aparato sea ajustable para detectar la presencia de espuma en caso que sea necesario.

Figura 2.11 Medidor de Nivel Conductivo

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2.4.2. Medidor de Capacidad. 

        El medidor de capacidad mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque (figura 2.12). La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.

        En los fluidos no conductores (figura 2.12 a) se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores.

        En fluidos conductores (figura 2.12 b), con una conductividad mínima de 100 microhmnios/c.c, el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.

        El circuito electrónico (puente de capacidades, figura 2.12 c) alimenta el electrodo a una frecuencia elevada, lo cual disminuye la reactancia capacitiva del conjunto y permite aliviar en parte el inconveniente del posible recubrimiento del electrodo por el producto.

        El sistema es sencillo y apto para muchas clases de líquidos. Sin embargo, hay que señalar que en los fluidos conductores, los sólidos o líquidos conductores que se encuentran en suspensión o emulsión, y las burbujas de aire o de vapor existentes, aumentan y disminuyen respectivamente la constante dieléctrica del fluido dando lugar a un error máximo de 3% por cada tanto por ciento de desplazamiento volumétrico. Por otro lado, al bajar el nivel, la porción aislante del electrodo puede quedar recubierta de líquido y la capacidad adicional que ello representa da lugar a un error considerable.

            La precisión de los transductores de capacidad es de ± 1 %. Se caracterizan por no tener partes móviles, son ligeros, presentan una buena resistencia a la corrosión y son de fácil limpieza. Su campo de medida es prácticamente ilimitado y pueden emplearse en la medida de nivel de interfases. Tienen el inconveniente de que la temperatura puede afectar las constantes dieléctricas (0.1 % de aumento de la constante dieléctrica / °C) y de que los posibles contaminantes contenidos en el líquido pueden adherirse al electrodo variando su capacidad y falseando la lectura, en particular en el caso de los líquidos conductores. El funcionamiento del sistema a una frecuencia elevada, o bien la incorporación de un circuito detector de fase, compensan en parte este inconveniente.

Figura 2.12. Medidor de Capacidad

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2.4.3. Sistema Ultrasónico de Medición de Nivel. 

        El sistema ultrasónico de medición de nivel se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.

        Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 khz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión del medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del sólido o del líquido. En la figura 2.13 puede verse varias disposiciones de montaje de los detectores que se utilizan en los casos de alarmas o de indicación continua del nivel.

        En las aplicaciones de alarma de nivel, los sensores vibran a una frecuencia de resonancia determinada, que se amortigua cuando el líquido los moja. En el segundo caso de indicación continua de nivel, la fuente ultrasónica genera impulsos que son detectados por el receptor una vez transcurrido el tiempo correspondiente de ida y vuelta de la onda a la superficie del sólido o del líquido.

        En la figura 2.14 puede verse el diagrama de bloques de un sistema de medida de ultrasonidos. El sensor emisor dispone de un oscilador excitador para enviar un impulso ultrasónico a la superficie del fluido y el sensor receptor recibe esta señal reflejada enviando una señal función del tiempo transcurrido, y por lo tanto del nivel, a un indicador. En otras palabras, el nivel se mide en función del tiempo necesario para que la señal se desplace del transmisor a la superficie del líquido y retorne al receptor.

        La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3 %. Son adecuados para todos los tipos de tanques y de líquidos o fangos, pudiendo construirse a prueba de explosión. Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos  y de dar señales erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida como es el caso de un líquido que forme espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos.

        La utilización del ordenador permite, a través de un programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisión de la medida. Por otro lado, el ordenador facilita la conversión del nivel a volumen del tanque para usos de inventario, y además proporciona características de autocomprobación del instrumento.

Figura 2.13. Sistema Ultrasónico de Medición de Nivel.

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Figura 2.14. Diagrama de Bloques de un Sistema de Medida de Ultrasonidos.

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2.4.4. Sistema de Medición por Rayos Gamma o Medidor Radiactivo. 

        El sistema de medición por rayos gamma (figura 2.15) consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del tanque y con un contador Geiger que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente continua. Como la transmisión de los rayos es inversamente proporcional  a la masa del líquido en el tanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida.

        Los rayos emitidos por la fuente son similares a los rayos x, pero de longitud de onda más corta. La fuente radiactiva pierde igualmente su radioactividad en función exponencial del tiempo. La vida media, es decir, el tiempo necesario para que el emisor pierda la mitad de su actividad, varía según la fuente empleada. En el cobalto 60 es de 5.5 años, en el cesio 137 es de 33 años y en el americio 241 es de 458 años.

        Las paredes del tanque absorben parte de la radiación y al detector llega sólo un pequeño porcentaje. Los detectores son, en general, tubos Geiger o detectores de cámara iónica y utilizan amplificadores de corriente continua o de corriente alterna. El instrumento dispone de compensación de temperatura, de linealización de la señal de salida, y de reajuste de la pérdida  de actividad de la fuente de radiación, siendo este último de extrema importancia para conservar la misma precisión de la puesta en marcha. Una de las desventajas en su aplicación figuran el blindaje de la fuente y el cumplimiento de las leyes sobre protección de radiación.

        La precisión en la medida es de ± 0.5 a ± 2 %, y el instrumento puede emplearse para todo tipo de líquidos ya que no está en contacto con el proceso. Su lectura se encuentra influida por el aire o por los gases disueltos en el líquido.

        El sistema se emplea en caso de medida de nivel en tanques de acceso difícil o peligroso. Es ventajoso cuando existen presiones elevadas en el interior del tanque que impiden el empleo de otros sistemas de medición. Sin embargo, el sistema es caro y la instalación no debe ofrecer peligro alguno de contaminación radiactiva siendo necesario señalar debidamente las áreas donde están instalados los instrumentos y realizar inspecciones periódicas de seguridad.

Figura 2.15. Sistema de Medición por Rayos Gamma  o Medidor Radiactivo.

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2.4.5. Medidor Láser. 

        En aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y donde los instrumentos de nivel convencionales fallan, encuentra su aplicación el medidor de nivel láser (figura 2.16), y el descrito en el punto anterior. Es el caso de la medición del metal fundido, donde la medida del nivel debe realizarse sin contacto con el líquido y a la mayor distancia posible por existir unas condiciones de calor extremas.

        El sistema consiste en un rayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexión en un espejo sobre la superficie del metal fundido. El aparato mide el tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retorno, que es registrado en un fotodetector de alta resolución. El tiempo transcurrido es directamente proporcional a la distancia del aparato emisor a la superficie del metal fundido. Un microprocesador convierte este tiempo al valor de la distancia a la superficie del metal en fusión, proporcionando, de este modo, la lectura del nivel.

        Para finalizar, la tabla 2.1 nos muestra una comparación entre los diferentes tipos de instrumentos de medición de nivel de líquidos, con sus ventajas y desventajas.

Figura 2.16. Medidor de Nivel Láser.

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Tabla 2.1. Medidores de nivel de líquidos.

Instrumento	Campo	Precisión	Presión máx	Temp máx	Desventajas	Ventajas
	de medida	%  escala	bar	fluido °C
Sonda	Limitado	0.5 mm	Atm	60	Manual, sin olas,	Barato
					Tanques abiertos	Preciso
Cristal	Limitado	0.5 mm	150	200	Sin transmisión	Seguro, Preciso
Flotador	0 - 10 m	± 1-2 %	400	250	Posible	Simple, indep de
					agarrotamiento	naturaleza líquido
Manométrico	Altura  tanque	± 1%	Atm	60	Tanques abiertos,	Barato
					Fluidos limpios
Membrana	0 - 25 m	± 1%	Atm	60	Tanques abiertos	Barato
Burbujeo	Altura  tanque	± 1%	400	200	Mantenimiento,	Barato, Versátil
					Contam.del líquido
Presión Diferencial	0.3 m	± 0.15 a ± 0.5%	150	200	Posible	Interfase líquido
					agarrotamiento
Desplazamiento	0 - 25 m	± 0.5 %	100	170	Expuesto a	Fácil limpieza,
					corrosión	robusto, interfases
Conductivo	Ilimitado	-	80	200	Líquido conductor	Versátil
Capacitivo	0.6 m	± 1%	80 - 250	200 - 400	Recubrimiento	Resistencia,
					del electrodo	corrosión
Ultrasónico	0.30 m	± 1%	400	200	Sensible a la	Todo tipo de
					densidad	tanques y líquidos
Radiación	0 - 2.5 m	± 0.5 a ± 2%	-	150	Fuente radiactiva	Todo tipo tanque y
						s/contacto líquido
Láser	0 - 2 m	± 0.5 a ± 2%	-	150	Láser	Todo tipo tanque y s/contacto líquido

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CAPÍTULO 3. MEDIDORES DE NIVEL DE SÓLIDOS. 

        En los procesos continuos, la industria ha exigido el desarrollo de instrumentos capaces de medir el nivel de sólidos en puntos fijos o de forma continua, en particular en los tanques o silos destinados a contener materias primas o productos finales.  

3.1. Detectores de Nivel de Punto Fijo. 

        Los medidores de nivel  de punto fijo proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos determinados. Los sistemas más empleados son el diafragma, el cono suspendido, la varilla flexible, el medidor conductivo y las paletas rotativas. 

3.1.1. Detector de Diafragma.

        Para medir el nivel de materiales sólidos almacenados, por ejemplo en silos, se han ideado diversos métodos, entre ellos el detector de diafragma. Este instrumento de medición consiste en un diafragma con una membrana flexible que se dispone al costado de la pared del tanque y contiene en su interior un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un pequeño interruptor. Cuando el nivel del sólido alcanza el diafragma, el material lo fuerza venciendo el contrapeso y cerrando el interruptor (figura 3.1). Este puede ser mecánico o de mercurio, puede accionar una alarma o puede actuar automáticamente sobre un transportador o maquinaria asociadas al depósito. Por otra parte, el material del diafragma puede ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio y tiene una precisión de unos ± 50 mm y presenta ventajas de bajo costo, puede emplearse en tanques cerrados sometidos a baja presión o vacío gracias a una línea neumática que iguala presiones a ambos lados de la membrana y trabaja bien con materiales de muy diversa densidad. Tiene la desventaja de no admitir materiales granulares de tamaños superiores a unos 80 mm de diámetro.

Figura 3.1. Detector de Diafragma.

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3.1.2. Cono Suspendido. 

        El cono suspendido (figura 3.2) consiste en un pequeño interruptor montado dentro de una caja impenetrable al polvo, con una cazoleta o pieza pequeña de goma de la que está suspendida una varilla que termina en un cono. Cuando el nivel de sólidos alcanza el cono, el interruptor es excitado. La cazoleta de goma permite una flexibilidad en la posición del cono gracias a la cual el aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel. Conviene tener la precaución de proteger mecánicamente el instrumento cuando se manejan materiales pesados que, en su caída desde la boca de descarga del tanque podrían dañarlo.

        El aparato es barato, necesita estar protegido como nivel de baja o en niveles intermedios y se utiliza sólo en tanques abiertos además, su precisión es de unos 50 mm. Sus aplicaciones típicas son la alarma y el control de nivel en carbón, granos y caliza.

Figura 3.2. Cono Suspendido.

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3.1.3. Varilla Flexible. 

        La varilla flexible (figura 3.3) consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan, aunque sólo sea ligeramente en la varilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma.

        El conjunto de la unidad está sellado herméticamente pudiendo construirse a prueba de explosión. El aparato se emplea como alarma de alto nivel estando dispuesto en la parte superior del tanque. Para impedir que la simple caída del producto pueda causar una alarma infundada, éste incorpora un relé de retardo.

        El instrumento se emplea en tanques abiertos como alarma de nivel alto, tiene una precisión de ± 25 mm, se utiliza para materiales tales como el carbón y puede trabajar hasta temperaturas máximas de 300 °C.

Figura 3.3. Varilla Flexible.

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3.1.4. Medidor conductivo. 

        El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas en conjunto y con el circuito eléctrico abierto. Cuando los sólidos alcanzan el aparato, se cierra el circuito y la pequeña corriente originada es amplificada actuando sobre un relé de alarma. Los sólidos deben poseer una conductividad eléctrica apreciable para poder excitar el circuito.

        Este instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y a presión, trabaja hasta temperaturas máximas de 300 °C, está limitado a materiales que tengan una conductividad de 1 a 1.4 x 10^-7 mho y sólo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles intermedios. Entre los materiales en los que se pueden emplear, figuran el carbón y el carbón activo.

Figura 3.4. Unidad de Contacto Eléctrico.

3.1.5. Paletas Rotativas. 

        Las paletas rotativas (figura 3.5) consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor síncrono. Cuando el producto sólido llega hasta las paletas, las inmoviliza, con lo que el soporte del motor  y la caja de engranajes empiezan a girar en sentido contrario. En su giro, el soporte del motor actúa consecutivamente sobre dos interruptores, el primero excita el equipo de protección, por ejemplo una alarma, y el segundo desconecta la alimentación eléctrica del motor con lo cual éste queda bloqueado. Cuando el producto baja de nivel y deja las palas al descubierto, un resorte vuelve el motor a su posición inicial liberando los dos microrruptores. De este modo, el motor se excita con lo que las palas vuelven a girar, y la alarma queda desconectada.

        El eje de las palas puede ser flexible o rígido para adaptarse así a las diversas condiciones de trabajo dentro del silo, tales como caída de producto, deslizamientos del producto, etc. Estos aparatos son adecuados en tanques abiertos o a baja presión (máximo 10 kg/cm²), tienen una precisión de unos 25 mm y se emplean preferentemente como detectores de nivel de materiales granulares y carbón. Pueden trabajar con materiales de muy diversa densidad y existen modelos a prueba de explosión.

        En la figura 3.6 se puede ver una aplicación típica de un control de nivel de sólidos en un tanque, que mantiene el nivel entre los dos puntos donde están situado los detectores.

        Cuando el material desciende más abajo del detector inferior, éste pone en marcha automáticamente la maquinaria de alimentación del producto en el silo y esta maquinaria se detiene tan pronto como el producto alcanza el detector de nivel superior. El ciclo vuelve a repetirse cuando, al ir vaciándose el silo, los sólidos descienden a un nivel por debajo del detector inferior.

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3.2. Detectores de nivel continuos

        Los medidores de nivel continuo proporcionan una medida continua del nivel de los sólidos desde el punto más bajo al más alto. Entre los instrumentos empleados frecuentemente se encuentran el medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil, el medidor de nivel de báscula, el medidor de nivel capacitivo, el medidor de presión diferencial, el medidor de nivel de ultrasonidos, el medidor de radar de microondas y el medidor de nivel de radiación. 

3.2.1. Medidor de nivel de sondeo electromecánico o de peso móvil.

        Este tipo de medidor, representado en la figura 3.7, consiste en un pequeño peso móvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas. Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso. Éste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el acopio de sólidos. En este instante, el cable se afloja, y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo que éste asciende hasta la parte superior de la tolva, donde se para, repitiéndose el ciclo nuevamente. Un indicador exterior señala el punto donde el peso ha invertido su movimiento indicando así el nivel en aquel momento.

        El instrumento se caracteriza por su sencillez, puede emplearse en el control de nivel, pero debe ser muy robusto mecánicamente para evitar una posible rotura del conjunto dentro de la tolva, lo que podría dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.

Figura 3.7. Medidor de Nivel de Sondeo Electromecánico.

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3.2.2. Medidor de Nivel de Báscula.           

        Una báscula es un instrumento para medir y equilibrar fuerzas (pesos), y comprende una serie de elementos esenciales tales como un medio por el cual se puede tomar y soportar la carga, que por lo general es un tanque, una plataforma, un gancho u otro método conveniente para contener la carga; un procedimiento para transmitir el peso de la carga a la fuerza equilibradora y un procedimiento para producir una fuerza suficiente para equilibrar la carga e indicar ese equilibrio.

        El medidor de nivel de báscula, representado en la figura 3.8, mide el nivel de sólidos indirectamente a través del peso del conjunto tolva más producto. Como el peso de la tolva es conocido, es fácil determinar el peso del producto y por lo tanto, el nivel. La tolva se apoya en una plataforma de carga actuando sobre la palanca de la báscula o bien carga sobre otros elementos de medida neumáticos, hidráulicos o eléctricos.

        El sistema es relativamente caro, en particular en el caso de grandes tolvas, pudiendo trabajar a altas presiones y temperaturas. Su precisión depende del sensor utilizado, pudiendo variar de ±0.5 a  ±1%.

Figura 3.8. Medidor de Nivel de Báscula.

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3.2.3. Medidor de Nivel Capacitivo.

        El medidor de nivel capacitivo (figura 3.9) es parecido al estudiado en la medición de nivel de los líquidos con la diferencia de que tiene más posibilidades de error por la mayor adherencia que puede presentar el sólido en la varilla capacitiva. La lectura viene influida además por las variaciones de densidad del sólido. La varilla del medidor está aislada y situada verticalmente en el tanque y bien asegurada mecánicamente para resistir la caída del producto  y las fuerzas generadas en los deslizamientos internos.

        La medida está limitada a materiales en forma granular o e polvo que sean buenos aislantes, la presión y temperatura máximas de servicio pueden ser de 50 bar y 150 °C, y el aparato debe calibrarse  para cada tipo de material. Su precisión es de ± 15 mm aproximadamente.

Figura 3.9. Medidor de Nivel Capacitivo.

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3.2.4. Medidor de Presión Diferencial.

        El medidor de presión diferencial se emplea en la medida y el control continuo de nivel de lechos fluidizados. Según puede verse en la figura 3.10, consiste en dos orificios de purga de aire situados en el depósito por debajo y por encima del lecho. Un transmisor neumático o electrónico mide la presión diferencial posterior de los dos orificios mencionados que depende del nivel del lecho fluidizado. Por otra parte, el instrumento puede trabajar a temperaturas superiores a 300 °C y posee una respuesta rápida.

Figura 3.10. Medidor de Presión Diferencial.

3.2.5. Medidor de Nivel de Ultrasonidos.

        De acuerdo a la figura 3.11, el medidor de nivel de ultrasonidos consiste en un emisor de ultrasonidos que envía un haz horizontal a un receptor colocado al otro lado del tanque. Si el nivel de sólidos está más bajo que el haz, el sistema entra en oscilación enclavando un relé. Cuando los sólidos interceptan el haz, el sistema deja de oscilar y el relé desexcita actuando sobre una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depósito.

        Disponiendo el haz de ultrasonidos en dirección vertical, el instrumento puede actuar como indicación continua del nivel midiendo el tiempo de tránsito de impulso ultrasónico, entre la fuente emisora, la superficie del producto donde se refleja y el receptor situado en la propia fuente.

        Como la superficie de la mayor parte de los productos sólidos reflejan los ultrasonidos, ya sea en mayor o menor grado, el sistema es adecuado para la mayor parte de los sólidos con mucho polvo, alta humedad, humos o vibraciones, y puede emplearse tanto en materiales opacos como transparentes. Sin embargo, si la superficie del material no es nítida, el sistema es susceptible de dar señales erróneas.

        El uso del ordenador permite resolver este inconveniente al almacenar el perfil ultrasónico del lecho del sólido e interpretarlo para obtener el nivel correcto del sólido, además de proporcionar características de autocomprobación del instrumento de medida.

        El medidor de nivel de ultrasonidos tiene una precisión que varía de ± 0.15% a ±1%, puede construirse a prueba de explosión y trabajar a temperaturas de hasta 150 °C.

Figura 3.11. Medidor de Nivel de Ultrasonidos.

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3.2.6. Medidor de Nivel de radiación o de Rayos Gamma. 

        El medidor de nivel de radiación es parecido al instrumento utilizado en la determinación del nivel de líquidos. Consiste en una fuente radiactiva de rayos gamma, dispuesta al exterior y en la parte inferior del tanque, que emite su radiación a través del lecho de sólidos siendo captada por un detector exterior. El grado de radiación recibida depende del espesor de sólidos que se encuentra entre la fuente y el receptor. La fuente radiactiva y el receptor pueden disponerse también en un plano horizontal, en cuyo caso el aparato trabaja como detector continuo todo-nada.

        El instrumento puede trabajar a altas temperaturas  hasta unos 1300 °C, presiones máximas de 130 bar, en materiales peligrosos o corrosivos, no requiere ninguna abertura o conexión a través del tanque y admite control neumático o electrónico. Su precisión es de ± 1 % y su campo de medida de 0.5 por cada fuente, pudiendo emplearse varias para aumentar el intervalo de medida del nivel.

        Uno de sus inconvenientes es que es un sistema de coste elevado que necesita una supervisión periódica desde el punto de vista de seguridad, debe calibrarse para cada tanque y no puede aplicarse a materiales a los que afecte la radiactividad.

        Para finalizar, la tabla 3.2, muestra las características principales de los medidores de nivel de sólidos.

Figura 3.12. Medidor de Nivel de radiación o de Rayos Gamma.

Tabla 3.2. Medidores de Nivel de Sólidos.

CONCLUSIONES

        Como resultado del presente trabajo podemos concluir que  tanto en la medición de niveles de líquidos como de sólidos, es imprescindible que los instrumentos  estén continuamente en perfecto estado de funcionamiento a fin de evitar, tal como se dijo anteriormente, paros parciales o totales  en la planta y de este modo garantizar la calidad de los productos terminados.

        Con respecto a esto, la norma ISO 9000 abarca, entre otros puntos la dirección de la calidad en el proceso de producción de productos y el ensayo final e inspección del producto, definiendo, en forma de instrucciones y procedimientos, la forma específica en que debe operar una empresa. Todo este conjunto de información generada constituye el Sistema de Calidad que asegura a los clientes de la empresa que los productos que ellos compran están totalmente controlados y en perfecto funcionamiento. De hecho, esta norma establece que el suministrador de un producto debe preocuparse de calibrar y ajustar todo el equipo destinado a la inspección, medida y ensayo que pueda afectar la calidad del producto, asegurar que las condiciones ambientales son adecuadas para las operaciones de calibración, inspección, medida y ensayos que se efectúen en los instrumentos de medición.

        Aparentemente, la implantación de la norma ISO 9000 parece sencilla, pero no es una tarea fácil. Es necesario que el equipo de calibración de los instrumentos esté certificado por un organismo reconocido y que dicho equipo se calibre periódicamente así como también los instrumentos de medición  afectados.

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BIBLIOGRAFÍA

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