Curso: Principios de Medidas Código: INST 3601

Tema: Variable Física - Nivel Lección: 7

Sub-Tema: Transmisores de Nivel Hidrostático Profesor: James Robles

VARIABLE FÍSICA - NIVEL:

El almacenamiento de fluidos y sólidos es un proceso importante en la industria. De esto depende la

disponibilidad de productos. Estos productos suelen ser materia prima costosa. La mayoría de estos

productos se almacenan en tanques, contenedores o vasijas. Por eso es que es importante la medición,

registro y control de estos tanques. También existen varios métodos para medir estos niveles.

Transmisores de Nivel Hidrostático en Tanques Abiertos

Uno de los métodos más comunes para medir el nivel de líquido es el método por presión hidrostática.

Dispositivos que miden la presión hidrostática utilizan el principio de que la presión es igual a la altura

del producto multiplicado por su densidad. Los transmisores de presión son los dispositivos de medición

más comunes para medir nivel de líquidos en un tanque. La teoría (véase ecuación 1 abajo) puede ser

explicado como de la siguiente manera:

p = presión ρ = gravedad específica h = altura de nivel

En 1648, Blaise Pascal estableció que la presión se define como la cantidad de fuerza por área. Una

unidad común para la presión es libras de fuerza por pulgada cuadrada o kilogramos por centímetro

cuadrado. Altura o el nivel de un líquido se puede medir en pulgadas, mm, pies, metros, etc. Densidad

es la masa del líquido con relación al volumen. Cuando se utiliza el método hidrostático para medir el

nivel de líquido en un tanque, la altura de una columna de líquido (nivel) es igual a la presión ejercida

por la columna de líquido que dividida por la constante de gravitación y la densidad. Para simplificar las

unidades de ingeniería y cálculo resultante de la altura o la presión, la ecuación 2 debe ser considerada.

Ahora sólo hay que considerar el peso específico en lugar de la constante y la densidad gravitacional. La

gravedad específica se define como la densidad de un líquido con relación a la densidad del agua. El

peso específico del agua es 1. Considere un tanque de 10 pies de agua, 10 pies = 120 pulgadas. 1 psi =

aproximadamente 27.74 pulgadas de H2. Por lo tanto, 10 pies de agua ejercerían 4.3 psi. La ecuación 2

Ecuación 1

Ecuación 2

2

se puede utilizar también para otros líquidos además del agua, ya que utiliza la gravedad específica. Un

líquido con un nivel de 10 pies con un peso específico de 1.2 ejercería 20% más de presión de 10 pies de

agua. ¿Por qué? Presión = altura específica x gravedad. Por lo tanto, este líquido con una gravedad

específica de 1.2 ejercería 5.2 psi. La ecuación 2 se puede utilizar para calcular el nivel de líquido en un

tanque abierto (ventilado a la atmósfera) o un tanque cerrado (a presión). El diagrama 1 es un ejemplo

de medición de nivel de tanque abierto.

Normalmente, el transmisor de presión,

más específicamente un transmisor de

presión manométrica sería montado en el

fondo del tanque.

En este ejemplo, un tanque de agua con un

nivel de 200 pulgadas ejercerá doble de la

presión de un tanque de agua con nivel de

100 pulgadas.

Hay que tomar en cuenta la ubicación del transmisor con respecto al fondo del tanque. Lo ideal sería

que el punto sensor del transmisor esté exactamente en el fondo del tanque. Esto no siempre es

posible, mayormente debido al sucio y depósito en el fondo que podrían entrar al transmisor. Por lo

tanto hay que restar la distancia desde el fondo hasta el transmisor. Esto se llama “supresión de cero”.

Cuando se necesita la medición de nivel de

líquido en un tanque cerrado (presurizado), un

transmisor de presión manométrica no

funcionará. La razón es que la presión

manométrica medirá la presión ejercida por el

líquido, así como el vapor presión sobre el

líquido. Necesitamos una manera de cancelar

la presión de vapor de la medición. Un

transmisor de presión diferencial se debe

utilizar para esta tarea. El transmisor de

presión diferencial sumará una presión en lado

de alta presión y restará la presión en el lado de

baja presión. En este caso, el transmisor DP medirá la presión del líquido más la presión de vapor por

encima del líquido, tanto en el lado de alta presión como el lado de baja presión. Por lo tanto, el vapor

la presión será restado y el dispositivo sólo medirá la presión ejercida por el nivel de líquido. Ver

diagrama 2.

Este tipo de conexión requiere de instalar el lado de alta presión al fondo del tanque y el lado de baja

presión a un a una línea conectada a la parte de arriba del tanque y llena del líquido a medirse. A esta

conexión se le llama “wetleg”.

Diagrama 2

Diagrama 1

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Transmisores de Nivel Hidrostático en Tanques Abiertos o Presurizados

En una instalación de medición de nivel, si existe un gas presurizado en la parte superior del líquido, se

altera la medida, ya que se suman las presiones del nivel de proceso con el gas presurizado. Si

utilizamos un transmisor de presión gage, nos daría un error en la señal de instrumentación:

Esta presión debe ser cancelada en el cómputo del nivel. La manera de hacer esto es utilizando un

transmisor de diferencial de presión (LT-1). Los transmisores de diferencial de presión miden la

diferencia de las presiones en sus dos puertos (HP & LP). Al decir diferencia, es la resta de estas dos

presiones:

El arreglo que se emplea es el de conectar el puerto HP al fondo del tanque y el puerto LP a una columna

de referencia llamada “wetleg”. El wetleg es una línea de proceso lleno del fluido y es una referencia de

presión equivalente al nivel total del tanque (100% lleno). Esto ocasiona que el resultado de la resta

sea:

( )

De todas maneras, éste cómputo parece incompleto ya que LP es mayor que LP. Esto se resuelve

configurando el transmisor de modo inverso.

LT-1

Nivel Máximo

Nivel Mínimo

Señal 4-20 mA

Fluido de

Proceso