MEDICION DE TODO TIPO DE LOS NIVELES.doc

MEDICION DE NIVELES
ALUMNOS:
JEANETTE ALVAREZ
GERMAN LABARCA
INDICE
CAPITULO 1. INTRODUCION
MEDICION DE NIVELES.
CAPITULO 2. MEDICION DE LIQUIDOS
2.1 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA
2.1.1. Medidor de Sonda
2.1.2. Nivel de Cristal
2.1.3. Instrumentos de Flotador
2.1.3.1. Flotador de Conexión Directa
2.1.3.2. Flotador Acoplado Magnéticamente
2.1.3.3. Flotador Acoplado Hidráulicamente
2.2 INSTRUMENTOS BASADOS EN LA PRESION HIDROSTATICA
2.2.1. Medidor Manométrico
2.2.2. Medidor de tipo burbujeo
2.2.3. Medidor de Presión Diferencial
2.3 INSTRUMENTO BASADO EN EL DESPLAZAMIENTO
2.3.1. Medidor de nivel de Tipo Desplazamiento

2.4 INSTRUMENTOS BASADOS EN CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL
LIQUIDO
2.4.1. Medidor de Nivel Conductivo
2.4.2. Medidor de Capacidad
2.4.3. Sistema Ultrasónico de Medición de Nivel
2.4.4. Sistema de Medición por Rayos Gamma o Radiactivo
2.4.5. Medidor Láser
2.5 MEDICIÓN HIDRÁULICA Y NEUMÁTICA
2.7 MEDICIÓN POR ULTRASONIDO
2.8 MEDICIÓN POR RADIACIONES GAMMA
2.10 PLOBLEMA DE NIVEL
CAPITULO 3. MEDIDORES DE NIVEL DE SOLIDOS
3.1 DETECTORES DE NIVEL DE PUNTO FIJO
3.1.1. Detector de Diafragma
3.1.2. Cono Suspendido
3.1.3. Varilla Flexible
3.1.4. Medidor Conductivo
3.1.5. Paletas Rotativas
3.2 DETECTORES DE NIVEL CONTINUOS
3.2.1. Medidores de Nivel de Sondeo Electromecánico
3.2.2. Medidor de Nivel de Báscula
3.2.3. Medidor de Nivel Capacitivo
3.2.4. Medidor de Nivel de Presión Diferencial
3.2.5. Medidor de Nivel de Ultrasonidos
3.2.6. Medidor de Nivel de Radiación
CAPÍTULO 1.
INTRODUCCIÓN.
MEDICION DE NIVEL
La medida de nivel es junto con la presión, volumen, velocidad y caudal
de gran importancia en hidrografía, hidráulica y en los procesos
industriales. Aplicaciones frecuentes son las medidas de los niveles de
los estanques y recipientes de todo tipo, en canales, pozos, exclusas,

vertederos, etc. Esta medida sirve para determinar el contenido de los
tanques para accionar dispositivos de alarma y seguridad en los
recipientes a presión, para el accionamiento de válvulas y vertederos en
la regulación de las centrales hidroeléctricas, para la determinación de la
altura de la lamina en los vertederos de medidas, etc. En la industria
química la medida de nivel se requiere para determinar la cantidad
exacta de líquidos que hay que administrar en un proceso de mezcla,
etc. Finalmente la medición del nivel de fluido en los procesos de
destilación, calderas, etc.
La medida del nivel puede ser necesaria con mucha o poca precisión,
con indicación del nivel instantáneo o con registro continuo de la medida,
con medición local o transmisión a distancia de unos centenares o miles
de metros. Forzosamente nos limitamos a dar una breve idea de los
instrumentos más importantes, relegando su estudio más detallado a los
manuales de instrumentación.
CAPÍTULO 2.
2. MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDOS.
La medida del nivel de los líquidos es una de las mediciones
fundamentales que se encuentran con más frecuencia en las industrias
químicas.
El conocimiento del nivel de un líquido dentro de un recipiente
puede necesitarse simplemente para comprobar la cantidad de material
en existencia, para determinar la cantidad de líquido que se suministra a
un proceso, o bien puede ser la medición primaria en un sistema de
regulación destinado a mantener el nivel en un recipiente que forma
parte de un proceso continuo.
Un factor importante es la forma del recipiente en el cual se debe
medir el nivel del líquido. El grado de exactitud depende de la forma del
recipiente, ya que en un recipiente alto y de pequeño diámetro puede
medirse más exactamente que otro aplanado y de diámetro grande.
Recíprocamente, cuando hay que regular el nivel de un líquido,
quizá sea conveniente tener un recipiente de gran sección transversal
horizontal, ya que esto proporcionará capacidad de regulación al
sistema. Evidentemente, la forma del recipiente no sólo influirá sobre la
sensibilidad del instrumento medidor del nivel del líquido en las
cuantificaciones de volúmenes, sino también habrá de tenerse en cuenta
en la elección del tipo de instrumento más conveniente para el caso.

El nivel de los líquidos puede determinarse empleando diversos
instrumentos de medición, que a continuación se detallan.
2.1. INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA.
Los instrumentos de medida directa son aquellos que trabajan midiendo
directamente la altura de un líquido sobre una línea de referencia. Los
principales instrumentos de medida directa son el medidor de sonda,
nivel de cristal e instrumentos de flotador.
Tubo de vidrio provisto de escala conectado al recipiente (vasos
comunicados)
En un recipiente a presión este método no sería aplicable. En este caso
puede medirse el nivel mediante un flotador que acciona una aguja
indicadora por el procedimiento desarrollado por la firma Siemens und
Haslske AG Alemania, que se representa esquemáticamente en la
figura 2.1.1. El aparato, que se relaciona con el esquema en la figura
2.1.4, consta de un manómetro diferencial de flotador. Sobre la columna
y por el otro el agua de otro depósito que puede ser el depósito de
condensado mismo de la caldera. Al aumentar el nivel del agua en la
caldera (o de cualquier otro liquido en un recipiente a presión) disminuye
la diferencia de presiones, mientras que al disminuir dicho nivel aumenta
ésta.
La medida directa con flotador y transmisión por cadena a un disco
graduado es muy utilizada en vertederos, exclusas, prensas, etc. El
esquema puede verse en la figura 2.1.3 y una fotografía de este
instrumento puede verse en la figura 2.1.2. Amplitud de medida, hasta
20m.

Figura 2.1.1 Mediciòn de nivel con Figura 2.1.2 Flotador para
la Figura 2.1.3
manómetro de flotador medida de niveles
2.1.1. Medidor de Sonda.
El medidor de sonda es un instrumento bastante simple para
medir niveles, que consiste en una varilla o regla graduada de una
longitud conveniente para ser introducida dentro de un depósito (figura
2.1.a). La determinación del nivel dentro del recipiente, se mide por
lectura directa de la longitud de la varilla mojada por el líquido y es
esencial que en el momento de la medición el tanque se encuentre
abierto a presión atmosférica.
Este método es efectivo y ampliamente utilizado para medir el
nivel en los tanques de una gasolinera, pero no es muy práctico sobre
todo si el contenido a medir es tóxico o corrosivo, ya que el individuo que
introduce la varilla debe estar de pie sobre la abertura del tanque para
manejarla.
Otro tipo de medidor, consiste en una varilla graduada que en su
extremo inferior posee un gancho que se sumerge en el seno del líquido

contenido en el tanque. Luego, éste se levanta hasta que rompa la
superficie del líquido, de modo que la distancia desde esta superficie
hasta la parte superior del tanque represente, indirectamente, el nivel.
Este instrumento se emplea, generalmente, en tanques de agua que se
encuentran a presión atmosférica (figura 2.1.b)
Un sistema parecido a los descritos anteriormente es el medidor
de cinta graduada y plomada que se emplea cuando es difícil que la
varilla o regla tenga acceso al fondo del tanque (figura2.1.c).
Figura 2.1. Medidor de Sonda
2.1.2. Nivel de Cristal.
El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos
conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas, que
están unidos al tanque, generalmente, mediante tres válvulas, dos de
cierre de seguridad en los extremos del tubo, para impedir el escape del
líquido en caso de rotura del cristal, y una de purga (figura 2.2)
Dentro de los medidores de nivel de cristal podemos encontrar el
medidor de nivel de cristal normal y el medidor de nivel de cristal con
armadura. El primero, se emplea para presiones de hasta 7 bar (figura
2.2.a). Cuando las presiones son más elevadas que 7 bar, el cristal de
este medidor es grueso, de sección rectangular y protegido por una
armadura metálica (figura 2.2.b).
La determinación del nivel del líquido para este tipo de medidor se
puede realizar por intermedio de un cristal a reflexión o bien por
transparencia. En el primer caso, tal como lo muestra la figura 2.2.c, el

vidrio en contacto con el líquido está provisto de ranuras longitudinales
que actúan como prismas de reflexión, indicando la zona de líquido con
un color oscuro casi negro, y la zona superior en contacto con el vapor,
de color claro.
En la lectura de nivel por transparencia, el líquido está contenido
entre dos placas de vidrio planas y paralelas que permiten ver
directamente el nivel mejorando, de esta forma, la apreciación visual del
color, características o interfase del líquido, al acoplar una lámpara de
iluminación al sistema.
Para mayor seguridad, las válvulas de cierre incorporan una
pequeña bola que actúa como válvula de retención en caso de rotura del
vidrio.
La ventaja principal de los medidores de nivel de cristal es la gran
seguridad que ofrece en la lectura del nivel del líquido, pudiendo
controlar con ellos, la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel.
Una debilidad de los niveles de vidrio es que son muy
susceptibles de ensuciarse por las características del líquido que miden,
impidiendo, de este modo, que el nivel pueda apreciarse claramente.
Entre los líquidos que presentan este inconveniente figuran el caramelo
y los líquidos pegajosos.
Por otro lado, el nivel de vidrio permite sólo una indicación local,
pero pueden emplear espejos para lectura a distancias limitadas o bien,
utilizar cámaras de televisión para mayores distancias de transmisión.

Figura 2.2. Nivel de Cristal.
2.1.3. Instrumentos de Flotador.
La medición de nivel con instrumentos de flotador es menos
común en la industria en general, pero se emplea muy frecuentemente
en el campo del tratamiento de aguas potables y de desechos.
Hay que señalar que en estos instrumentos, el flotador puede tener
formas muy variadas y estar formado por diversos materiales según sea
el tipo de fluido.
Básicamente, consisten en un flotador situado en el seno del líquido
y conectado al exterior de un tanque indicando directamente el nivel,
donde dicha conexión puede ser directa, magnética o hidráulica.
2.1.3.1. Flotador de Conexión Directa.
Este modelo de flotador es, generalmente, una pieza metálica
hueca de forma circular, con alambres de guía que van de la parte
superior a la inferior del tanque, para limitar su movimiento. Constituye el
modelo más antiguo y el más utilizado en tanques de almacenamiento
de gran capacidad como los de fuel-oil y gas-oil.
El flotador de conexión directa está unido por una cadena o cinta
flexible que desliza en un juego de poleas a un indicador de nivel
exterior que señala sobre una escala graduada. Este indicador está
provisto de un contrapeso de tal manera que la cinta o cadena se
mantenga tensa (figura2.3.a).
Por otro lado, este tipo de instrumento tiene el inconveniente de que
las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse.
Además, el tanque no puede estar sometido a presión y es esencial que
el flotador se mantenga limpio.
2.1.3.2. Flotador acoplado magnéticamente.

Se ha desarrollado una gran variedad de medidores de nivel
activados con flotador, que transmiten el movimiento de éste por medio
de un acoplamiento magnético.
Este instrumento de medición de nivel consta de un flotador
desliza exteriormente a lo largo de un tubo de guía sellado, situado
verticalmente en el interior del tanque (figura 2.3.b). Dentro del tubo,
una pieza magnética o imán, suspendida por medio de una cinta o cable,
sigue al flotador en su movimiento y mediante el cable y un juego de
poleas arrastra el índice de un instrumento situado en la parte superior
del tanque. Además, este instrumento puede tener interruptores de
alarma y transmisor incorporados.
El flotador y el tubo de guía, que están en contacto con el fluido que
se está midiendo, se producen en una gran variedad de materiales,
tomando en cuenta condiciones de resistencia a la corrosión y para
soportar altas presiones o vacío.
En tanques pequeños, el flotador puede adaptarse para actuar
magnéticamente sobre un transmisor neumático o eléctrico (figura
2.3.c) dispuesto en el exterior del tanque que capta la variable de
proceso, nivel, y la transmite a distancia hacia el instrumento indicador,
permitiendo así un control de nivel. Una aplicación típica la constituye el
control de nivel de una caldera de pequeña capacidad de producción de
vapor.
En el caso específico del transmisor neumático, convierten el
movimiento del elemento de medición en una señal neumática que se
transmite, como se dijo anteriormente, hacia el instrumento indicador.
Los transmisores electrónicos consisten en su forma más sencilla,
en una barra rígida apoyada en un punto sobre la cual actúan dos
fuerzas en equilibrio, la fuerza ejercida por el elemento de medición y la
fuerza electromagnética de una unidad magnética.
2.1.3.3. Flotador Acoplado Hidráulicamente.
El flotador acoplado hidráulicamente (figura 2.3.d) actúa en su
movimiento sobre un fuelle de tal modo, que varía la presión de un
circuito hidráulico y señala a distancia, en el receptor, el nivel
correspondiente. Permite distancias de transmisión de hasta 75 metros y
puede emplearse en tanques cerrados. Sin embargo, requiere una
instalación y calibración complicadas, y posee partes móviles en el
interior del tanque.
En general, los instrumentos de flotador tienen una precisión de ±
0.5 %. Además son adecuados en la medida de niveles en tanques
abiertos y cerrados a presión o al vacío, y son independientes del peso
específico del líquido.

Uno de los inconvenientes más frecuentes es que el flotador
puede agarrotarse en el tubo guía por un eventual depósito de los
sólidos o cristales que el líquido pueda contener y además, si el tubo
guía es muy largo puede dañarse ante olas bruscas en la superficie del
líquido o ante la caída violenta del líquido en el tanque.
Figura 2.3. Instrumentos de Flotador.
2.2. INSTRUMENTO BASADOS EN LA PRESION
HIDROSTATICA

Estos instrumentos miden el nivel de un líquido aprovechando la presión
hidrostática. Entre ellos, podemos mencionar el medidor manométrico, el
medidor de tipo burbujeo y el medidor de presión diferencial.
2.2.1. Medidor Manométrico.
El medidor manométrico (figura 2.4) consiste en un manómetro
conectado directamente a la parte inferior del tanque, donde además
pueden observarse varios accesorios como son una válvula de cierre
para el mantenimiento del líquido, y un pote de decantación con una
válvula de purga.
El manómetro mide la presión debida a la altura h que existe entre
el nivel del tanque y el eje del instrumento. De este modo, el campo de
medida del instrumento corresponderá a 0 - h ·  · g pascal, donde h
es la altura del líquido,  su densidad en kg/cm3 y g la aceleración de la
gravedad (9.8 m/s2).
Como las alturas son limitadas, el campo de medida es bastante
pequeño, de modo que el manómetro utilizado tiene un elemento de
medida del tipo fuelle, el cual es utilizado frecuentemente para la
medición de presiones bajas.
Este instrumento sólo sirve para fluidos limpios ya que si el líquido
es corrosivo, coagula o bien tiene sólidos en suspensión, el fuelle puede
destruirse o bien bloquearse perdiendo su elasticidad. Por otro parte, la
medida está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido por las
variaciones de densidad del líquido.
Una variante emplea un transductor de presión suspendido de la
parte superior del tanque e inmerso en el líquido, transmitiendo la señal
a través de un cable que acompaña al de suspensión.

Figura 2.4. Medidor Manométrico.
2.2.2. Medidor de Tipo Burbujeo.
Los sistemas de burbujeo (o de purga continua) realizan la
medición de nivel determinando la presión requerida para que un flujo
constante de aire venza la presión hidrostática de un líquido. Al salir el
aire, lo hace a manera de burbujeo, de ahí el nombre del sistema.
El medidor de tipo burbujeo es el más flexible y generalmente
utilizado. Este instrumento coloca un tubo sumergido en el líquido, a
través del cual se hace burbujear aire mediante un rotámetro con
regulador de caudal incorporado (figura 2.5), que permite mantener un
caudal de aire constante a través del líquido, independientemente del
nivel. Si no existiera, habría una gran diferencia en los caudales de aire
necesarios desde el nivel mínimo al máximo, produciéndose un gasto de
aire indebido. La tubería empleada suele ser de ½ pulgada con el
extremo biselado para una fácil formación de las burbujas de aire.
Un rotámetro es un medidor de caudal de área variable, en los
cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo,
proporcionalmente al flujo del fluido.
Cuando las burbujas escapan del tubo, la presión del aire en el
interior de la tubería, medido mediante un manómetro de fuelles,
corresponde a la presión máxima ejercida por el líquido. Por lo tanto, si
se mide la presión dentro del tubo, se obtiene la medición de nivel. De
hecho, la ubicación o elevación del extremo del tubo de burbujas se
convierte en el nivel de medición cero. Por ejemplo, si se sumerge un

tubo de burbujas en un tanque a 3.66 metros de la superficie del agua,
se indicará una profundidad de 3.66 metros.
Las velocidades de purga del tubo de burbujas son muy bajas.
Mientras una burbuja escape periódicamente el sistema estará
funcionando debidamente. Una velocidad común de purga es de 0.5 pies
cúbicos de aire libre por hora.
El sistema también puede emplearse en tanques cerrados con dos
juegos rotámetro-regulador y con las señales de aire conectadas a un
transmisor de presión diferencial. Como es lógico, la presión del aire de
purga debe ser superior a la presión interna del tanque.
Cabe destacar que no sólo se puede utilizar aire como fluido de
purga, sino también otro tipo de gases e incluso líquido. De hecho,
algunos sistemas de purga utilizan nitrógeno que es uno de los que más
se usan a presión. Un cilindro estándar de 110 pies cúbicos de nitrógeno
para bombas de aceite comerciales puede proporcionar suficiente gas a
presión para asegurar el funcionamiento del tubo de burbujas durante
más de tres semanas.
Además, el tubo debe tener una longitud adecuada para evitar que
las variaciones bruscas del nivel introduzcan en su interior una cierta
columna de líquido que retarde el paso del aire y falsee
momentáneamente la lectura.
El método de burbujeo es simple y da buen resultado, en
particular, en el caso de líquidos muy corrosivos o con sólidos en
suspensión y en emulsiones. No es recomendable su empleo cuando el
fluido de purga perjudica al líquido, tampoco para fluidos altamente
viscosos donde las burbujas formadas del aire o del gas de purga
presentan el riesgo de no separarse rápidamente del tubo. Desde el
punto de vista de su mantenimiento, es muy útil situar una T con un
tapón en la parte superior del tubo para su limpieza periódica.

Figura 2.5. Medidor de Tipo Burbujeo.
2.2.3.Medidor de Presión Diferencial.
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 específico
(figura 2.6). Es decir, P = H ·  · g, en la que P es la presión, H la
altura del líquido sobre el instrumento,  su densidad y g la aceleración
de la gravedad.
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 ser incluso de montaje saliente para que el
diafragma enrase (nivele) completamente con las paredes interiores del
tanque (figura 2.7.b) tal como ocurre en el caso de líquidos
extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo
(ángulo).
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, ya que entre el borde inferior y superior del
diafragma la señal de salida no está en proporción directa al nivel
(figura 2.6.c). Otro tipo es el manómetro diferencial de la figura 2.6.b
cuyo funcionamiento equivale al transmisor de diafragma.
En el caso de que el tanque esté cerrado y bajo presión, el nivel
no es un simple reflejo de la presión hidrostática. La determinación de la
presión en un punto del líquido comprende tanto el peso o presión del
líquido como la presión del gas o vapor que queda sobre el líquido del
tanque cerrado. Es importante considerar que se debe 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. A
menudo, suele conectarse un tubo en la parte superior del tanque y
medir la diferencia de presiones entre la toma inferior y la superior,
utilizando transmisores de presión diferencial de diafragma tal como los
representados en la figura 2.8
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 dibujada
a la derecha del transmisor de las figura 2.8.a y figura 2.8.b tendrá
mayor presión que la tubería izquierda y, por lo tanto, habrá que cambiar
las conexiones del instrumento ya que este indicará bajo cuando el nivel
sea alto y viceversa. En efecto, según se puede ver en la figura 2.8.b,
tenemos que P = (H - h)·  ,para h = 0 y 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
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 (figura 2.9.a y figura 2.9.b).
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 líquido a todo el diafragma. Sin embargo, si parte del
diafragma queda rígido, el instrumento, marcará de forma errática o
permanentemente menos nivel del real. Este inconveniente se resuelve
empleando un transmisor de nivel de presión diferencial con membranas
de sello que responde a la presión transmitida en 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 obstrucción de la línea de
compensación, en particular si el fluido no es limpio. Para evitarlo puede
purgarse la línea con líquido o con 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 a dos diafragmas conectados en la parte inferior y
superior del tanque. En la figura 2.8.f puede verse un esquema de la
instalación. 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 líquido que va desde el nivel mínimo al medidor
es mucho mayor que la propia variación del 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 aplicado 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. En la figura 2.9 se
puede ver la disposición de los muelles de supresión y de elevación.
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 de líquido más denso y después con el líquido menos
denso.
La precisión de los instrumentos de presión diferencial es de ± 0.5
% en los neumáticos, ± 0.2 % a ± 0.3% en los electrónicos, de ± 0.15 %
en los inteligentes con señal de salida de 4-20 mA de corriente continua
y de ± 0.1 % en los que se emplean en los tanques abiertos y cerrados a
presión y a vacío. Una de sus principales ventajas es que no tienen
partes móviles dentro del tanque, son de fácil limpieza, 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 nombrado anteriormente. Hay que señalar que el
material del diafragma debe ser el adecuado para resistir la corrosión del
fluido.

Figura 2.6. Medidor de Diafragma.
Figura 2.7. Tipos de Diafragma.

Figura 2.8. Medidores de presión Diferencial en tanques Cerrados.

Figura 2.9. Muelles de Supresión y de Elevación.
2.3. INSTRUMENTOS BASADOS EN EL DESPLAZAMIENTO
Estos instrumentos son aquellos que miden el nivel aprovechando
el empujeproducido por el propio líquido. Dentro de esta categoría
estudiaremos losmedidores 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, en la que F es el
empuje del líquido, S la sección del flotador, H la altura sumergida del
flotador,  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 -
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 1, 2 son las densidades
de los líquidos, entonces el empuje hacia arriba estará dado por F = Sx *
1 *g +S(l - x) * 2 *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: Fmax - Fmin = S l 1 g
- S l 1 g= Sl (1 - 2) 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.
2.4. INSTRUMENTOS BASADOS EN CARACTERISTICAS
ELECTRICAS DEL LIQUIDO.
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 M/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
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
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.
Figura 2.14. Diagrama de Bloques de un Sistema de Medida de Ultrasonidos.
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.
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 (figura2.16), 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.
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
Tabla 2.1. Medidores de nivel de líquidos.

Los aparatos que vamos a describir se llaman barómetros.
La figura 2.5.1, 2.5.2, 2.5.3 representan los tres esquemas más
frecuentes empleados.
Figura 2.5.1: medida hidrostática de nivel: al aumentar el nivel del agua
aumenta la presión que actúa sobre el manómetro. Amplitud de medida,
hasta 150 m.
Figura 2.5.2: medida de nivel por el empuje de Arquímedes: al aumentar
el nivel aumenta el empuje de Arquímedes que se opone al peso de la
barilla buzo: la resultante de ambas fuerzas da una medida del nivel del
líquido. Amplitud de medida, hasta 50 m.
Figura 2.5.3: Medida neumática de nivel: al burbujear el aire proveniente
de un pequeño compresor o botella a presión, la presión del aire a la
salida del tubo sumergido aumenta al aumentar el nivel del líquido. La
medida de dicha presión en un manómetro es una medida del nivel del
depósito o embalse. Amplitud de medida, hasta 50 m.
Figura 2.5.4: la medida de la lamina de agua h de un vertedero
necesaria para medir el caudal puede hacerse por uno cualquiera de los
cuatro esquemas de las figuras 2.5.1 a la 2.5.3. En conexión con
cualquiera de los cuatro métodos descritos puede utilizarse la balanza
de presión, que sirve por lo tanto para medir presiones, caudales y
niveles. La balanza mide la presión transmitida por la tubería de
detección figura 2.5.3, el empuje vertical de la varilla de inmersión
figura 2.5.2, etc., e indica la cota de nivel. Las componentes principales
de la balanza son el transformador de presión, la balanza con el peso
corredizo y un servomotor, que mantiene la balanza constantemente en
equilibrio. Esta mismo balanza puede accionar cuantos dispositivos de
mando, regulación, teletransmisión y registro se desee. La precisión de
la medida puede llegar hasta el 0.025% del valor máximo de la escala.
Figura 2.5.1 Medida Figura 2.5.2 Medida
hidrostatica de nivel de nivel varilla de
inversiòn

Figura 2.5.3 Medida Figura 2.5.4 Medida
neumàtica a nivel de caudal con
vertedero
Limnímetros de precisión dotados de la balanza automática, según los
esquemas de las figuras 2.5.1, 2.5.2 y 2.5.3, han sido instalados en
chimeneas de equilibrio, embalses, canales de admisión y desagüe, etc.,
de muchas centrales hidroeléctricas españolas.
2.6 MEDICIÓN ELECTRICA
Los instrumentos eléctricos para la medición de niveles se clasifican en
dos categorías según el principio en que se basan:
Principio de la variación de resistencia
Utiliza electrodos inmersos en el líquido, que miden la variación de la
resistencia. Se emplea para controlar el vacío, llenado, medición o
indicación de nivel en toda clase de líquidos. Se emplea corriente alterna
para evitar la ionización del líquido. El aparato de control puede estar
situado hasta 1 km. De distancia. En la figura 2.6.1 puede verse una
aplicación con 4 electrodos que controla dos bombas en el vaciado de
un depósito.

Figura 2.6.1 Esquema de control de dos bombas en el vaciado de un depòsito.
Cuando el nivel del lìquido alcanza el electrodo E3 arranca en la bomba principal
y se para cuando el nivel baja por debajo del electrodo E2. Cuando el nivel
alcanza E4 la bomba principal se para y arranca la bomba de reserva. Cuando el
nivel baja por debajo de E2 se para la bomba de reserva.
Principio de la variación de capacidad
Un electrodo inmerso en el líquido, cuyo nivel se quiere medir o
controlar, forma con este último un condensador, cuya capacidad varía
linealmente con el nivel del líquido en el depósito. Se mide la corriente
del condensador proporcional ala capacidad que constituye por tanto
una medida del nivel del líquido. La figura 2.6.2 constituye un esquema
de instalación de la bomba de llenado del mismo.
Figura 2.6.2 Esquema de control de arranque y parada de una
bomba
para llenado de un depòsito con Control de Nivel Capacitado.
2.7 MEDICIÓN POR ULTRASONIDO
El principio de este instrumento es el mismo de sonar empleado por los
submarinos para medir la profundidad de inmersión. Se mide el tiempo
que tarda la onda ultrasónica y su eco en recorrer el espacio entre el

emisor, colocado convenientemente también en el fondo del depósito
figura 2.7.1 Este instrumento es especialmente apropiado a la medición
de niveles en líquidos con peligro de fuego y explosión, donde los
instrumentos eléctricos no podrían utilizarse.
Figura 2.7.1 Mediciòn de nivel por ultrasonido
2.8 MEDICIÓN POR RADIACIONES GAMMA
Se basa en la medida de la radiación remanente de rayos gamma, que
se hace incidir sobre el líquido. A un lado del recipiente se coloca a lo
largo de toda la altura ocupada por el líquido un emisor de rayos gamma
de intensidad I. En el lado opuesto se mide la intensidad I de la radiación
residual con un contador de Geiger. La intensidad I es tanto más
pequeña cuando el nivel h del líquido en el depósito, porque al aumentar
h aumenta la absorción de rayos gamma por el líquido.
2.9 PROBLEMA
1.- El caudal que transporta un canal oscila entre 1.2*10 E6 Y 1.9*10 E6
l/h. En una pared transversal al canal se instalan dos vertederos, uno
triangular de 90° y otro rectangular de aristas vivas y ventilado. Se
quiere que el vertedero no desagüe menos de 9,2*10 E5 l/h ni más de
1,1*10 E6 l/h.
El resto del caudal será desaguando por el vertedero rectangular
(tómese para el vertedero rectangular el valor de Cq = 0,715.)
Calcular el ancho del vertedero rectangular y la lámina de agua máxima
en los vertederos.

MEDICION DE TODO TIPO DE LOS NIVELES.doc

CAPÍTULO 3.
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 (figura3.1). 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.
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.
3.1.3. Varilla Flexible.
La varilla flexible (figura3.3) 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.
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 (figura3.5) 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 figura3.6 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.
Figura 3.5. Medidor de Paletas
Rotativas.
Figura 3.6. Control de Nivel de
Sólidos.

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 figura3.7, 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.
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.
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.
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.
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.
Instrumento Tipo Precisión % Temp máx Tipo Desventajas Ventajas
detector toda la escala Servicio °C Tanque
Diafragma Fijo alto 50 mm 60 Abierto, No admite materiales Bajo costo, sensible a
y bajo Cerrado granulares > 80mm, materiales de variada
tanques a baja presión densidad
Cono suspendido Fijo alto 50 mm 60 Abierto Debe estar protegido Bajo costo
Y bajo
Varilla Flexible Fijo, alto 25 mm 300 Abierto Relé retardo, sólo nivel Muy sensible
alto
Conductivo Fijo alto 25 mm 300 Abierto, Conductividad de los Tanques a presión
y bajo Cerrado materiales
Paletas rotativas Fijo alto 25 mm 60 Abierto Tanques abiertos o a Materiales diversos, a
y bajo Baja presión prueba de explosión
Sondeo Continuo ± 1% 60 Abierto Resistencia mecánica Sencillo
electromecánico media
Báscula Continuo ± 0.5 a ± 1% 900 Abiertos Coste elevado Precio seguro, altas
Cerrados presión y temperatura

Capacitivo Continuo 15 mm 150 Abiertos Materiales aislantes, Bajo costo
Cerrados Calibración individual,
Adherencias producto
Presión Continuo - 300 Abiertos Costo medio, posible Respuesta rápida
Diferencial Cerrados obturación orificio de
purga
Ultrasonidos Fijo alto ± 0.5 a ± 1% 150 Abierto Costo medio Materiales opacos y
bajo, cont Cerrado Transparentes a prueba
De explosión
Radiación Fijo alto ± 0.5 a ± 1% 1300 Abierto Costo elevado, Tanque sin aberturas,
bajo, cont Cerrado supervisión seguridad, productos corrosivos y
calibración individual peligrosos, alta presion y
varias fuentes temperatura
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.
BIBLIOGRAFÍA
1. Antonio Creus Solé, Instrumentación Industrial 6ª Edición
Marcombo Boixareu Editores, Barcelona 1997.
2. John H. Perry, Ph. D.,Manual del Ingeniero Químico 2ª Edición
Versión español, Tomo 2, Libros McGraw - Hill, México 1982.
3. Russel H. Babcock, Instrumentación y Control en el Tratamiento
de Aguas Potables, Industriales y de desecho (versión español-
reimpresión), Editorial Limusa, México 1985.

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