Este documento describe varios métodos para medir el nivel y volumen de fluidos en contenedores. Explica que los sensores deben elegirse según factores como si se requiere control remoto, el tiempo de respuesta deseado, y si puede haber contacto con el material. Luego describe métodos como mirillas, flotadores, sondas capacitivas, presión, microondas y ultrasonido que pueden medir rango completo. También cubre métodos de corto alcance como magnéticos, conductividad e infrarrojos. Finalmente, menciona otros mé

1. Medición de
Nivel y
Volumen
CAMILO EDUARDO ARENAS SAAVEDRA
JUAN DIEGO SERNA RIVERA
GUSTAVO ADOLFO MONDRAGON O.

2. INTRODUCCIÓN
En muchos de los procesos industriales que se llevan a
cabo es necesario conocer los niveles, el volumen o la
sola presencia de los fluidos y de los sólidos que se
manejan sin tener que abrir el contenedor en el que se
encuentran.

3. INSTALACIÓN

4.  Para aplicaciones en el área de la automática, se
requerirán señales de control tanto para actuadores
como para alarmas, para ello existen diferentes salidas
como contactos eléctricos indirectos y salidas
proporcionales electrónicas como de flujo directo y
valvulas neumáticas.

5.  La elección del sensor es de carácter esencial para el
desarrollo de la medición del sistema, esto depende
del ambiente, el proceso en particular y las
especificaciones que se deseen obtener.

6.  El sensor debe ubicarse en una parte del tanque o
recipiente donde no se vea afectado por la turbulencia
causada por el flujo de entrada y salida.
 Debe ser fácilmente extraíble sin tener que vaciar el
contenedor.

7.  Es necesario incorporar seguidores a los sistemas de
medición para limitar los grados de libertad de
componentes como flotadores.

8. ALTERACIONES DE MEDIDAS
 Se deben considerar los efectos de la corrosión sobre los
componentes del sensor debido a los materiales
contenidos.
 Las mediciones pueden ser alteradas de manera
progresiva debido a las altas temperaturas , a los
materiales corrosivos y aún la abrasión en materiales
granulares (cambiando la masa de los flotadores por
ejemplo).

9.  Los sensores de nivel son preferiblemente construidos
en (backlash) lo que provee una acción de conmutación
para alarmas de nivele o simplemente controles para
evitar variaciones en el punto de estabilidad.

10.  Los indicadores nucleares deben ser instalados de
acuerdo a las directrices regulatorias especificas de
cada país.
 En Estados Unidos la entidad reguladora es la
Comisión Reguladora Nuclear (NRC).

11. FUENTES DE
ERROR

12. PARA EL NIVEL
 El primer grupo de errores es referente a la falta de
definición de la distribución de los contenidos mediante
el uso de un solo parámetro de medición, realizada en
un solo punto de la totalidad de la superficie.

13.  Ahora, los materiales granulares no fluyen de manera
que formen una superficie plana como los líquidos .
 El ángulo de reposo del material y la forma de los
orificios de entrada y salida darán lugar a errores en el
cálculo del volumen.

14.  La turbulencia ocurrida en el sensor debida al flujo
mismo del material en el contenedor o las vibraciones
también son fuente de errores en la medición.
 Es común en la práctica montar un sensor mecánico
de nivel en algún tipo de cámara integradora que
suaviza las variaciones transitorias dinámicas.

15.  Para la utilización de los tubos de amortiguamiento en
sistemas rápidos es importante el tiempo de respuesta
ya que se puede introducir cambio de fase y
atenuación.
 La profundidad real de la inmersión del flotador varía
según su densidad, lo cual es dependiente de la
temperatura.
 El cambio en la masa del flotador, debido a
acumulación de sedimentos o corrosión que afecta de
igual manera la inmersión real del mismo

16. PARA EL VOLUMEN
 Ahora se presentan errores debidos a la temperatura y
en menor medida al cambio de presión en los
contenidos para obtener su volumen o masa; dado que
el volumen varía con la temperatura, se proporcionan
medidas de esta también para lograr correcciones a la
salida.

17.  Para algunos sensores de nivel externos como los
tubos, lo que se hace es ponerlos a la misma
temperatura del contenedor para evitar cambios en la
densidad del fluido o aún del mismo tubo.

18.  Para la medición de niveles nucleares, no es necesario
un contacto directo con el material.

20. ALGUNAS GUIAS PARA LA
ELECCION DE SENSORES
ADECUADOS

21. ELECCION DE UN SENSOR ADECUADO
Es deseable el control o la indicación remota? Un sí excluye a los medidores
mecánicos flotador, mirillas, varillas y otros
dispositivos
diseñado específicamente para el control local.
Con indicadores de nivel, es importante el tiempo Un si excluye tiras reactivas, flotadores mecánicos y
que toma la medición? sistemas de equilibrio.
Puede haber contacto entre el sensor y el material a Un no elimina todo menor ultrasonidos, radares,
medir? radiación, y celdas de carga y ópticas.
Debe medirse peso en lugar de altura? Se limita a celdas de carga solo para tanques de
cara uniforme, o, medidores de capacitancia
calibrados para medir peso, particularmente si es
para un liquido.
Hay objeciones a las partes mecánicas móviles? Un si le da una elección a ultrasonido, radar,
capacitancia, conductividad, celdas de carga,
termistores y ópticos.
La aplicación es con un liquido? Un si elimina vibraciones.
La aplicación es con materiales granulares? Un si elimina flotadores, termistores, dispositivos de
conductividad, instrumentos de presión.
Los indicadores tienen que tener una precisión del Un si elimina dispositivos ópticos, termistores,
2%? vibradores, instrumentos de conductividad, pero los
de mas pobre precisión son los de flotador y
radiación.
Los indicadores tienen que tener una precisión Un si reduce la lista a algunos dispositivos de
menor que el 1%? equilibrio y desplazadores.

22. Calibración de los sistemas de
Medición de Nivel
Los contenidos que se negocian por dinero, como la petroquímica,
alimentos, leche, y el alcohol, se debe medir en las
normas establecidas por la autoridad de pesos y medidas
pertinente, para esto se requiere la calibración.
El uso del procedimiento indirecto para determinar el
contenido volumétrico o de masas, basado en una medición de
nivel, significa que un coeficiente de conversión o un gráfico de los
coeficientes deben estar preparados para que la medición del
nivel se puede convertir en la forma de medición necesarios.

23. Una Medición de nivel de alta precisión requiere un
seguimiento continuo de las fuentes de error y las correcciones en
curso se puede hacer.

24. Métodos que proporcionan una
medida de nivel de rango completo
Los métodos utilizados para medir o controlar el nivel en
un recipiente se pueden dividir en aquellos
que miden una serie continua de nivel y los que miden un pequeño
cambio o el nivel de punto; los métodos son:
•Mirilla de medición de nivel.
•Instrumentos flotantes manejadores.
•Sonda capacitiva.
•Empuje de flotabilidad.
•Censado de presión.
•Microondas y Ultrasónicos.
•Fuerza y Posición de equilibrio

25. Sight Gauges (Mirilla de Medición de Nivel).
Un Indicador de vidrio montado
externamente indica el nivel de
un contenedor cerrado. Consiste
en un tubo de vidrio templado
que esta conectado a través de
uniones y válvulas en la pared
del tanque. El tubo debe ser lo
suficientemente grueso para que
no se cause una subida del
contenido debido a la
capilaridad. El nivel debe seguir
le contenido.

26. Un moderno desarrollo de la
mirilla de medición de nivel
es el mostrado en la figura;
el flotador contiene una
barra de imán que sigue la
superficie del liquido en el
tubo fijo; magnéticamente
una faldilla gira para
exponer una superficie de
diferentes colores que se
recubre con pintura
luminosa.

27. Float-Driven Instruments (Instrumentos Flotantes
Manejadores)
Un flotador se
utiliza para manejar un
acoplamiento mecánico
que opera un dispositivo
de lectura remota relacionado
con el movimiento. Todos estos
acoples mecánicos introducen
errores debido a la fricción y las
fuerzas de carga que
proporciona el sistema. Para
solucionar este problema se
utilizan un sistema de
contrapesos y resortes. Para
mejora la transferencia de
movimiento.

28. Sonda Capacitiva
Un electrodo es suspendido en le
contenedor, eléctricamente
aislado del mismo cuando el
fluido conductor. La presencia
del liquido o del material granular
altera la capacitancia entre el
electrodo y las paredes debido
la variación del dieléctrico

29. El electrodo de la sonda se hace a la medida de la situación.
La formas de electrodo que se normalmente se implementan
son barras rígidas de metal, cables flexibles o electrodos
protegidos.

30. Métodos que proporcionan la
medida de rango completo
 Empuje de flotabilidad: se cambia el empuje de
flotabilidad por un torque.
 Censado de presión: se mide presión en el fondo del
tanque, gracias a que esta es proporcional a la
densidad y a la presión atmosférica (solo líquidos).
 Microondas y ultrasónicos, métodos con tiempo
transitorio: reflexión de ondas.
 Fuerza o posición de equilibrio: el sensor alcanza la
misma posición del nivel del contenido.

31. Métodos que proporcionan la
medida de corto alcance
 Magnéticos: funcionan como interruptor por medio de
un imán.

32. Métodos que proporcionan la
medida de corto alcance
 Conductividad eléctrica: basado en la conductividad
del elemento. Por ejemplo la conductividad del aire es
diferente a la del agua.

33. Métodos que proporcionan la
medida de corto alcance
 Infrarrojos: juega con la reflectancia en las superficies
(a base de prismas).

34. Métodos que proporcionan la
medida de corto alcance
 Radiofrecuencia: basado en el principio de
ultrasonidos.

35. Otros métodos
 El momento de giro ejecutado para rotar una paleta
giratoria variará cuando el material comience a cubrir la
paleta.
 La frecuencia de resonancia de un tenedor de sintonía
vibratoria va a cambiar a medida que este inmerso.
 La resistencia eléctrica de un termistor caliente variará
en función de su entorno.