Comparación de tecnologías de medición de nivel de productos químicos

METRAVON Comparación de tecnologías de medición de nivel de productos químicos

No existe un instrumento de nivel único que sea el más adecuado para todos los procesos químicos. Un tanque de agua, un recipiente para ácido clorhídrico, un reactor, un tanque para lechada viscosa y un recipiente de proceso a alta presión pueden requerir principios de medición completamente distintos.

La elección adecuada depende de la compatibilidad química, la densidad, las propiedades dieléctricas, la viscosidad, el proceso de cristalización, la formación de espuma, la temperatura, la presión y si el contacto con el medio es aceptable.

1. Cuatro tecnologías comunes en un vistazo |

2. | 2. Medición de nivel por diferencia de presión

La medición del nivel de DP utiliza la presión hidrostática generada por la columna de líquido. En un recipiente cerrado y presurizado, la presión del espacio de vapor se aplica normalmente al lado de baja presión, de modo que el transmisor mida la diferencia de presión en la columna de líquido, y no la presión total del recipiente.

3. Ventajas de la presión diferencial:

• Tecnología consolidada y ampliamente reconocida;
• Idónea para numerosos procesos que operan a altas temperaturas y presiones;
• Puede combinarse con sellos remotos para medios de proceso complejos;
• Integración sencilla con sistemas 4–20 mA y HART.

4. Principales limitaciones del nivel DP

La densidad del líquido influye directamente en la conversión del nivel. Si la densidad varía en función de la concentración, la temperatura o la composición del producto, el nivel calculado puede desplazarse incluso cuando el nivel real no lo hace.

Otras preocupaciones incluyen:

• Líneas de impulso bloqueadas;
• Columnas de condensado desequilibradas;
• Efectos de temperatura en sistemas de sellado remoto;
• Cristalización o producto viscoso en los circuitos de presión;
• Errores de presión estática y de elevación cero o supresión.

5. Casos en los que el DP suele ser una opción adecuada:

• Líquidos con densidad razonablemente estable;
• Recipientes para altas temperaturas o altas presiones;
• Plantas que ya cuentan con prácticas consolidadas de instrumentación DP;
• Aplicaciones que requieren sellos de diafragma remotos;
• Funciones específicas en tambores de vapor, reactores y recipientes de presión.

6. Medición de nivel mediante capacitancia

Los instrumentos de capacitancia detectan cambios en la capacitancia eléctrica entre una sonda y un electrodo de referencia o la pared de un recipiente. A medida que el producto cubre una mayor superficie de la sonda, el entorno dieléctrico cambia, y el sistema electrónico convierte ese cambio de capacitancia en un nivel de señal.

7. Ventajas de la capacitancia

• Diseño mecánico compacto;
• Puede configurarse para medios conductores o no conductores mediante el uso de la sonda adecuada;
• Aplicable a líquidos y a ciertos sólidos en estado bulk;
• No cuenta con partes de medición en movimiento;
• Algunos diseños soportan temperaturas y presiones elevadas en el proceso.

8. Por qué la variación dieléctrica y el recubrimiento son fundamentales

Dado que la medición de la capacitancia depende directamente de las propiedades eléctricas en el entorno de la sonda, los cambios en la composición del producto o en la constante dieléctrica pueden alterar el valor registrado. El recubrimiento, la cristalización y los depósitos en las paredes del recipiente pueden generar una capacitancia adicional que el instrumento podría interpretar como un nivel.

Por tanto, la prioridad del mantenimiento radica en la estabilidad del producto y en el estado de la sonda, y no en un intervalo fijo de recalibración arbitrario.

9. Medición de nivel por ultrasonidos

Un transmisor ultrasónico envía un pulso acústico a través del espacio gaseoso y mide el tiempo de ida y vuelta desde la superficie del líquido. Se trata de un método sin contacto que puede resultar económico para tanques abiertos, sistemas de agua y recipientes químicos seleccionados.

10. Principales ventajas del sistema ultrasónico:

• Sin contacto físico con el líquido;
• Instalación sencilla para múltiples tanques abiertos;
• Rentabilidad óptima en aplicaciones de corto y medio alcance;
• Adecuado para usos en agua, aguas residuales y entornos atmosféricos estables.

11. Principales limitaciones del sistema ultrasónico.

El sonido debe propagarse a través del espacio gaseoso. La temperatura, la composición del gas, los vapores pesados, la espuma espesa, el polvo, los fuertes movimientos del aire y las obstrucciones en el recipiente pueden afectar todos ellos a la calidad de la señal.

La compensación de temperatura ayuda a compensar los cambios en la velocidad del sonido, pero no puede corregir todas las condiciones complejas del espacio de vapor. Asimismo, la medición ultrasónica tampoco funciona normalmente en un vacío, ya que el sonido requiere un medio para propagarse.

12. No utilizar contacto no implica inmunidad química

El transductor ultrasónico no necesita tocar el líquido, pero su superficie, la conexión de procesamiento y sus sellos pueden estar expuestos a vapores corrosivos, niebla ácida, salpicaduras y condensado. Por tanto, la compatibilidad química debe abarcar también el entorno en fase gaseosa.

13. Medidores de nivel magnético

Un medidor de nivel magnético normalmente utiliza una cámara de derivación conectada al recipiente. Un flotador magnético sigue el nivel del líquido y acciona un indicador externo mediante acoplamiento magnético. De este modo, la indicación local puede mantenerse disponible sin necesidad de alimentación eléctrica externa.

14. Ventajas de los niveles magnéticos

• Indicación visual local clara;
• La indicación básica no requiere alimentación eléctrica;
• Tecnología mecánica consolidada;
• Puede ser diseñada para aplicaciones seleccionadas a alta temperatura y alta presión;
• Puede equiparse con interruptores o transmisores remotos.

15. Limitaciones comunes de los medidores de nivel magnéticos

El aspecto fundamental es si el flotador puede desplazarse libremente durante todo su rango operativo. Una viscosidad elevada, la cristalización, la presencia de sólidos en suspensión, el lodo o los depósitos en la cámara de derivación pueden provocar adherencias o obstrucciones.

La densidad del producto también es importante, ya que el flotador debe diseñarse adecuadamente según la densidad real del líquido.

16. Un nivelador magnético mide líquido, no vapor.

Por ejemplo, un medidor de derivación magnética debidamente diseñado puede indicar el nivel de agua en un tambor de vapor, pero la variable medida es el nivel del líquido; el instrumento no mide la fase de vapor en sí.

17. Los ácidos corrosivos y los productos cáusticos requieren una revisión de materiales

Un medidor de nivel magnético no es automáticamente adecuado para todos los ácidos fuertes o los álcalis. La cámara, el flotador, el revestimiento, las juntas y las especificaciones de temperatura y presión deben coincidir exactamente con el tipo de servicio químico correspondiente.

18. ¿Puede un indicador magnético de nivel enviar una señal 4–20mA?

Sí. Dependiendo del diseño, los medidores de nivel magnéticos pueden combinarse con transmisores de cadena de relés, sistemas de detección magnetoestrictiva, salidas de 4–20 mA y interruptores de nivel magnético. No se limitan únicamente a la indicación visual.

19. Comparación rápida de tecnologías:

20. ¿En qué casos también debería compararse el radar?

El radar en espacio libre merece ser evaluado cuando se prefiere la medición sin contacto, cuando la temperatura en el espacio de vapor varía, cuando los medios corrosivos dificultan el uso de dispositivos de contacto, cuando los componentes internos del recipiente son manejables y cuando se busca minimizar el mantenimiento mecánico.

El radar de ondas guiadas también puede considerarse para ciertos líquidos de baja constante dieléctrica, en mediciones de interfaz y en aplicaciones donde un recorrido definido de la sonda resulte útil. No obstante, este método no es inmune a la presencia de espuma, condensación, acumulación de residuos ni a limitaciones dieléctricas; por ello, su selección debe basarse en las características específicas de cada aplicación, en lugar de considerarlo una solución automática.

21. Datos mínimos para la selección del nivel químico:

• Nombre del producto, concentración, densidad, grado de corrosividad y viscosidad;
• Propiedades dieléctricas, si se conocen;
• Temperatura y presión normal y de diseño;
• Altura del tanque, diámetro, componentes internos y sistema de montaje y conexión;
• Espuma, vapor, agitación, depósitos y sólidos;
• Requisitos de potencia, salida y comunicación;
• Requisitos de certificación para zonas peligrosas, requisitos higiénicos o requisitos específicos del proyecto.

22. Selección del principio de medición adecuado

Los medidores de nivel por presión diferencial, por capacitancia, ultrasónicos y magnéticos son tecnologías consolidadas, aunque cada uno resuelve problemas de medición distintos. La elección adecuada se basa en el comportamiento físico y químico del proceso, y no en la preferencia por una familia específica de instrumentos.

Cuando la densidad es estable, el DP puede resultar altamente eficaz. La capacitancia ofrece un buen rendimiento siempre que el comportamiento dieléctrico y el recubrimiento de la sonda sean factibles de controlar. La técnica ultrasónica resulta económica en condiciones atmosféricas estables. Los medidores de nivel magnéticos siguen siendo una opción valiosa cuando se requiere una indicación local robusta. El radar debería considerarse como alternativa adicional en el análisis comparativo cuando la medición sin contacto, la variabilidad del espacio de vapor o las condiciones mecánicas difíciles lo conviertan en una opción atractiva.