| Level of liquids, (Instrumentación industrial - Industrial instrumentation) nivel de líquidos.
The following text discusses the measurement of the level of liquids and free flowing solids in containers. The detector is normally sensing the interface between a liquid and a gas, a solid and a gas, a solid and a liquid, or possibly the interface between two liquids. Sensing liquid levels fall into two categories; firstly, single- point sensing and secondly, continuous level monitoring. In the case of single- point sensing the actual level of the material is detected when it reaches a predetermined level, so that the appropriate action can be taken to prevent overflowing or to refill the container.
Continuous level monitoring measures the level of the liquid on an uninterrupted basis. In this case the level of the material will be constantly monitored and hence, the volume can be calculated if the cross-sectional area of the container is known.
Level measurements can be direct or indirect; examples of these are using a float technique or measuring pressure and calculating the liquid level. Free flowing solids are dry powders, crystals, rice, grain and so forth.
Level Formulas
Pressure is often used as an indirect method of measuring liquid levels. Pressure increases as the depth increases in a fluid. The pressure is given by
Δp = γ Δh
where
- Δp = change in pressure
- γ = specific weight
- Δh = depth
Note the units must be consistent, i.e., pounds and feet, or newtons and meters. Buoyancy is an indirect method used to measure liquid levels. The level is determined using the buoyancy of an object partially immersed in a liquid. The buoyancy B or upward force on a body in a liquid can be calculated from the equation
B = γ × area × d
where area is the cross-sectional area of the object and d is the immersed depth of the object.
The liquid level is then calculated from the weight of a body in a liquid WL, which is equal to its weight in air (WA – B), from which we get
The weight of a container can be used to calculate the level of the material in the container. In Fig. 1a the volume V of the material in the container is given by
V = area × depth = πr2 × d
where r is the radius of the container and d is the depth of the material. The weight of material W in a container is given by
W = γ V
Figura 1: Shows the relation between (a) volume of liquid and the cross- sectional area and the liquid depth and (b) liquid level, plate capacitance, and a known dielectric con- stant in a nonconducting liquid. - La figura Muestra la relación entre (a) el volumen de líquido y el área de la sección transversal y la profundidad del líquido y (b) el nivel del líquido, la capacitancia de la placa y una constante dieléctrica conocida en un líquido no conductor.
Capacitive probes can be used in nonconductive liquids and free flowing solids for level measurement. Many materials, when placed between the plates of a capacitor, increase the capacitance by a factor μ called the dielectric constant of the material. For instance, air has a dielectric constant of 1 and water 80. Figure 1b shows two capacitor plates partially immersed in a nonconductive liquid. The capacitance (Cd) is given by
where
- Ca = capacitance with no liquid
- m = dielectric constant of the liquid between the plates
- r = height of the plates
- d = depth or level of the liquid between the plates
The dielectric constants of some common liquids are given in Table 1; there are large variations in dielectric constant with temperature so that temperature correction may be needed. In Eq. (1) the liquid level is given by
El siguiente texto trata sobre la medición del nivel de líquidos y sólidos que fluyen libremente en contenedores. El detector normalmente detecta la interfaz entre un líquido y un gas, un sólido y un gas, un sólido y un líquido, o posiblemente la interfaz entre dos líquidos. Los niveles de líquido de detección se dividen en dos categorías; en primer lugar, detección de un solo punto y, en segundo lugar, monitoreo de nivel continuo. En el caso de la detección de un solo punto, el nivel real del material se detecta cuando alcanza un nivel predeterminado, de modo que se pueda tomar la acción apropiada para evitar el desbordamiento o para rellenar el recipiente.
La monitorización continua del nivel mide el nivel del líquido de forma ininterrumpida. En este caso, el nivel del material se controlará constantemente y, por lo tanto, el volumen se puede calcular si se conoce el área de la sección transversal del recipiente.
Las medidas de nivel pueden ser directas o indirectas; ejemplos de estos son el uso de una técnica de flotación o la medición de la presión y el cálculo del nivel de líquido. Los sólidos que fluyen libremente son polvos secos, cristales, arroz, cereales, etc.
Fórmulas de nivel
La presión se usa a menudo como un método indirecto para medir los niveles de líquido. La presión aumenta a medida que aumenta la profundidad en un fluido. La presión viene dada por
Δp = γ Δh
dónde
- Δp = cambio de presión
- γ = peso específico
- Δh = profundidad
Tenga en cuenta que las unidades deben ser consistentes, es decir, libras y pies, o newton y metros. La flotabilidad es un método indirecto que se utiliza para medir los niveles de líquido. El nivel se determina utilizando la flotabilidad de un objeto parcialmente sumergido en un líquido. La flotabilidad B o fuerza hacia arriba sobre un cuerpo en un líquido se puede calcular a partir de la ecuación
B = γ × área × d
donde área es el área de la sección transversal del objeto y d es la profundidad sumergida del objeto.
Luego, el nivel de líquido se calcula a partir del peso de un cuerpo en un líquido WL, que es igual a su peso en el aire (WA - B), del cual obtenemos
El peso de un contenedor se puede utilizar para calcular el nivel del material en el contenedor. En la figura 1a, el volumen V del material en el recipiente viene dado por
V = area × depth = π r2 × d
donde r es el radio del contenedor y d es la profundidad del material. El peso del material W en un recipiente viene dado por
W = γ V
Las sondas capacitivas se pueden utilizar en líquidos no conductores y sólidos de flujo libre para la medición de nivel. Muchos materiales, cuando se colocan entre las placas de un capacitor, aumentan la capacitancia en un factor μ llamado constante dieléctrica del material. Por ejemplo, el aire tiene una constante dieléctrica de 1 y el agua 80. La Figura 1b muestra dos placas de condensadores parcialmente sumergidas en un líquido no conductor. La capacitancia (Cd) viene dada por
(1)
dónde
- Ca = capacitancia sin líquido
- μ = constante dieléctrica del líquido entre las placas
- r = altura de las placas
- d = profundidad o nivel del líquido entre las placas
Las constantes dieléctricas de algunos líquidos comunes se dan en la Tabla 1; existen grandes variaciones en la constante dieléctrica con la temperatura, por lo que puede ser necesaria una corrección de temperatura. En la ecuación (1) el nivel de líquido está dado por
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