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Medición de nivel con presión diferencial

Actualizado: 7 de ene de 2020

Usando dos puntos de medición de presión y un pequeño calculo matemático es posible calcular el nivel, flujo interfase y densidad. Los ingenieros de proceso conocen y confían en los equipos de presión diferencial debido a que es una método confiable y probado para el control de procesos industriales.


La medición de presión diferencial tradicional consiste en un dispositivo con dos diafragmas de medición, donde la primer membrana sensa la presión del fondo del recipiente y la segunda membrana la parte mas alta.


Estas mediciones de presión, ejercen un empuje en lados opuestos del diafragma dual y la medición resultante es la diferencia de presión entre las 2 membranas ó la famosa presión diferencial. Este tipo de medición cubre una amplia gama de aplicaciones con la habilidad de detectar presiones diferenciales de tan solo pocos milibares.


Las conexiones al tanque son tradicionalmente realizadas de dos diferentes formas, lineas de impulso ó capilares. Las lineas de impulso son lineas principalmente de tubing metálico que permiten el flujo de fluido ó gas del proceso haciendo contacto directamente con el diafragma de medición del dispositivo, convirtiéndose estas lineas como parte del proceso.

Las lineas de capilar separan el sensor del proceso usando una brida ó rosca construida con una membrana de metal montada que se monta sobre las boquillas del tanque. Estas lineas de capilar pueden estar protegidas con una carcasa de materiales como PVDF, PTFE, entre otros. Otro aspecto muy importante de las lineas capilares es su relleno de aceite térmico, aceite vegetal, silicona, entre otros. Los sellos remotos remueven el transmisor de presión de un posible daño de proceso tanto como alta temperaturas, productos altamente corrosivos y abrasivos. Ambos arreglos miden la presión.


Ambos arreglos miden presión. La medición de presión en el fondo del tanque o recipiente esta midiendo la presión general creada por el peso del fluido y el vapor ocupado en la parte de arriba, mientras que la medición de presión en la parte alta solo considera la "head pressure" o la presión estática. Este arreglo permite que la presión estática sea restada de la presión total, dejando solamente la presión del ejercida por el fluido y permitiéndose inferir el nivel.


Aplicaciones comunes con transmisores de presión diferencial

La presión diferencial es usada para medir el nivel de líquidos y gases licuados en tanques presurizados. Los tanques presurizados son usados por un gran numero de razones como: proveer una salida constante, eliminar la espuma, proveer una barrera para materiales cáusticos y para licuefacción de gases para un fácil almacenamiento. En todos esos escenarios, el transmisor de presión diferencial mide solo la diferencia entre la presión estática y la presión general. Con esto es necesario un pequeño calculo matemático para calcular el nivel del producto.


La formula estándar de presión hidrostatica consiste de 3 variables: Presión, densidad y peso. El sensor mide la presión, la densidad es una variable constante establecida por el cliente y el peso es el producto del nivel. Para que esta formula funcione, la densidad es pieza clave y debe permanecer bastante constante. Con un densidad conocida y el valor de presión, la electrónica del sensor de presión puede calcular el nivel del liquido de manera exacta y confiable a partir de la presión diferencial.




Limitaciones de la presión diferencial

La presión diferencial es un método que provee la medición de nivel, pero este tiene sus inconvenientes. Para empezar, la instalación requiere detener el proceso y drenar el recipiente donde la medición será hecha. Esto es un proceso que consume tiempo ó dinero, especialmente si existen múltiples recipientes solicitando este tipo de medición. Adicionalmente, las lineas de impulso y capilares usadas en medición de presión diferencial son susceptibles a influencias externas. Si esas lineas están en áreas de alto trafico, tiene el riesgo de ser aplastadas, y si las lineas se encuentran fuera de un área con clima controlado, las lineas pueden calentarse ó enfriarse, causando un cambio en la densidad del material dirigiéndose a un error en medición de nivel. Afortunadamente, hay una solución para estos problemas comunes.


Presión diferencial electrónica

Con el deseo de hacer mejor las cosas y mas eficientes, se ha llevado a la creación de la presión diferencial electrónica, usando un combinación innovadora de software y hardware. Este sistema usa dos sensores de presión individuales montados directamente al tanque ó recipiente, conectándose por medio de un pequeño cable eléctrico.

Esta configuración evita el tradicional transductor de doble (membrana diferencial) y la necesidad de lineas de impulso ó capilares, haciendo fácil la instalación y mantenimiento.


El principio de presión diferencial electrónico trabaja de la misma forma que un transductor, usando dos diferentes salidas de presión para determinar la presión diferencial. Este método solo requiere un poco mas de matemáticas para obtener el nivel como señal de salida. Un transmisor de presión es conocido como primario, proveyendo la medición total del producto y del vapor en el espacio libre. mientras que el secundario provee una singular medición de presión en el espacio de vapor al sensor primario. El transmisor usa un simple calculo para substraer el valor secundario del primario, esencialmente removiendo el valor de vapor del espacio libre de la ecuación, para después hacer un pequeño calculo matemático usando la formula de presión hidrostatica para proveer una salida de nivel confiable.







La presión diferencial electrónica elimina la necesidad de lineas de impulso ó lineas capilar la cual remueve cualquier susceptibilidad de errores de medición causadas por influencias externas. Esto a su vez, abre la posibilidad de mejorar las opciones de diafragmas de medición como la cerámica, la cual es resistente a la abrasión y más adecuada para soportar ambientes hostiles. Un vez evitando las lineas de impulso ó capilares y usando una celda de medición diez veces mas dura que el acero inoxidable, es posible prolongar la medición exacta de nivel con el menor esfuerzo de mantenimiento.





Dos sensores de presión separados que funcionan en tandem también permiten nuevas formas de hacer las cosas, incluido el nivel de densidad compensada. Esta salida particular utiliza dos mediciones de presión para calcular constantemente la densidad, luego usa la ultima densidad para calcular el nivel continuo. La densidad compensando nivel, es ideal para medir el nivel del liquido cuando las propiedades del fluido son constantemente cambiantes en un proceso.

La presión diferencial electrónica no elimina la necesidad ó utilidad de la tradicional presión diferencial. Esta solo se expande sobre el valor que las mediciones de presión diferencial pueden ofrecer. Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes, y cada usuario debe decidir que medición debe aplicar mejor en sus procesos.






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