MEDICIÓN DE NIVEL
Ing. Juan Gilberto Mateos Suárez

(Derechos Reservados UdeG-1996)


MÉTODO DE PRESIÓN DIFERENCIAL


Introducción:

Este método es el mas común en la medición de nivel para tanques abiertos o cerrados.


Método de presión diferencial

Las tomas de presión diferencial; se hacen, una en la parte inferior, otra en la parte superior, siempre y cuando se trate de tanques cerrados sometidos a presión, cuando es para tanques abiertos la toma de baja presión se ventea a la atmósfera


Calibración;

Para calibrar el transmisor por la toma de alta presión se coloca la señal de presión para el rango del span ( 100 % ), estando la toma de baja presión al aire libre, se acciona el ajuste del span hasta leer 20 mA en el multímetro, para calibrar el cero ( 0.0 % ), debe haber presiones iguales en las tomas de alta y baja presión del transmisor, se acciona el ajuste del cero hasta que en el multímetro se lean 4 mA.


Calibración del span;

Para calibrar el 100% se igualan las presiones cerrando las tomas de alta y baja presión y abriendo la válvula igualadora la lectura del instrumento debe ser el 100% ( 20 mA).


Calibración del cero;

Para la calibración del 0% se cierran las tomas que van al tanque y se quitan los tapones inmediatamente después se cierra la válvula igualadora del transmisor y las tomas de baja y alta presión de abren, la lectura del instrumento es el 0% (4 mA), "Cuidar de no vaciar la tubería".

 

 

El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso especifico. Es decir:  en la que:

 

P = Presión

 

H = altura de líquido sobre el instrumento

 

γ = densidad del líquido

 

g = 9,8 m/s2

 

El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma.

 

En el tipo más utilizado, el diafragma está fijado en una brida que se monta rasante al tanque para permitir sin dificultades la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y líquidos con sólidos en suspensión, pudiendo incluso ser de montaje saliente para que el diafragma enrase completamente con las paredes interiores del tanque tal como ocurre en el caso de líquidos extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo.

 

Hay que señalar que el nivel cero del líquido se selecciona en un eje a la altura del diafragma. Si el instrumento se calibra en el tanque, el 0 % del aparato debe comprobarse con el nivel más bajo en el borde inferior del diafragma (entre el borde inferior y el superior del diafragma la señal de salida no ésta en proporción directa al nivel).

 

Otro tipo es el manómetro diferencial, y que en su funcionamiento equivale al transmisor de diafragma.

 

En el caso de que el tanque esté cerrado y bajo presión, hay que corregir la indicación del aparato para la presión ejercida sobre el líquido debiendo señalar que la lectura será muy poco precisa, si la presión es grande.

 

Se suele conectar un tubo en la parte superior del tanque y medir la diferencia de presiones entre la toma inferior y superior, utilizando transmisores de presión diferencial de diafragma.

 

Cuando los gases o vapores encima del líquido son condensables, la línea desde la toma superior se llena gradualmente con el condensado hasta llenar todo el tubo, en cuyo caso la tubería a la derecha del transmisor, tendrá mayor presión que la tubería izquierda, y por lo tanto, habrá que cambiar las conexiones del instrumento ya que éste indicará bajo cuando el nivel sea alto y viceversa:

 

En efecto, puede verse en la figura que:

 

                         para h = 0                     p = H

 

De este modo, el instrumento tendrá que estar graduado a la inversa, es decir, indicar 0 % a 3 psi y 100 % a 15 psi en un transmisor neumático, o bien señalar 0 % a 4 mA y 100 % a 20 mA en un transductor de señal de salida 4-20 miliamperios en corriente continua.

 

Para corregir este inconveniente se utiliza un muelle llamado de supresión que está aplicado a la barra de equilibrio de fuerzas del transmisor y que produce una fuerza igual a la diferencia entre el nivel máximo y el mínimo. Como es natural, puede ajustarse la tensión del muelle para cada caso particular.

 

Algunos fluidos presentan el riesgo de depósito de cristales o de sólidos en la superficie del diafragma. En tal caso cabe la solución de emplear un diafragma recubierto de teflón para reducir el depósito gradual del producto.

 

No obstante, como el movimiento del diafragma es muy pequeño y se considera el sólido algo flexible, continúa aplicándose la presión del fluido a todo el diafragma; sin embargo, si parte del diafragma queda rígido, el instrumento marcará de forma errática o permanente menos nivel del real.

 

Este inconveniente se resuelve empleando un transmisor de presión diferencial con membranas de sello que responde a la presión transmitida es lugar de la fuerza creada por el líquido sobre la membrana.

 

En tanques cerrados y a presión con líquido de vapor condensable existe el riesgo de obturación de la línea de compensación, en particular si el fluido no es limpio.

 

Para evitarlo puede purgarse la línea con líquido o gas, método que no se recomienda por los problemas de mantenimiento y la posible pérdida de precisión que presenta, o bien emplear un transmisor de presión diferencial unido con dos capilares o dos diafragmas conectados en las partes inferior y superior del tanque.

 

Es importante que los dos diafragmas estén a la misma temperatura para evitar los errores en la medida que se presentarían por causa de las distintas dilataciones del fluido contenido en el tubo capilar.

 

Si el tanque es elevado y el medidor se sitúa a un nivel muy inferior, la columna de liquido que va desde el nivel mínimo al medidor, es mucho mayor que la propia variación de nivel, por lo cual, la apreciación del mismo se hace sobre  una parte muy pequeña, de la escala.

 

Para corregir este inconveniente se utiliza un muelle llamado de elevación que en forma similar al de supresión está ampliado a la barra de equilibrio de fuerzas del transmisor y produce una fuerza que se ajusta igual a la de la columna de líquido citada. .

 

El medidor de presión diferencial puede emplearse también en la medida de interfases. La amplitud de la medida vendrá dada por la diferencia de presiones sobre el diafragma del elemento, primero con el tanque lleno del líquido más denso y después con el líquido menos denso.

 

Por ejemplo, si la interfase es agua-queroseno (γ = 0.8) y el tanque tiene 4 metros, la presión diferencial disponible será de:

 

(0,098)(3)(1-0,098)(3)(0,8) =0,0588 bar = 600 mm c de a.

 

Que puede medirse fácilmente con un transmisor de presión diferencial sensible dotado de resorte de elevación para compensar la presión inicial del liquido menos denos.

 

La precisión de los instrumentos de presión diferencial es de ± 0,5 % en los neumáticos, ± 0,2 % a ± 0,3 % en los electrónicos, y de ± 0,15 % en los <inteligentes> con señal de salida de 4 – 20 mA c.c. y de ± 0,1 % en los que se emplean en tanques abiertos y cerrados a presión y a vacío, no tienen partes móviles dentro del tanque, son de fácil limpieza, son precisos y confiables, admiten temperaturas del fluido hasta 120º C y no son influidos por las fluctuaciones de presión.

 

Sin embargo, en tanques cerrados presentan el inconveniente de la posible condensación de los vapores del tanque en el tubo de conexión al instrumento; este inconveniente se elimina fácilmente con el resorte de supresión descrito.

 

Hay que señalar que el material del diafragma debe ser el adecuado para resistir la corrosión del fluido (existen materiales de acero inoxidable 316, monel, tantalio, hastelloy B, inoxidable recubierto de teflón).


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