Calculadora de nivel a presión

Cómo funciona la medida de nivel hidrostática

Una columna de líquido presiona el fondo de un depósito con una presión que solo depende de su altura y su densidad, no de la forma ni del volumen del depósito. Un transmisor de presión en el fondo, o una sonda sumergible colgada en el líquido, mide por tanto el nivel:

p = ρ × g × h

ρ es la densidad en kg/m³, g la aceleración de la gravedad y h la altura de líquido sobre la membrana. Con la gravedad normal, un metro de agua a 20 °C da 9,789 kPa, es decir, 97,89 mbar.

Elegir el rango del transmisor

El transmisor se calibra para que 4 mA corresponda al nivel más bajo que se quiere medir y 20 mA al más alto:

LRV = ρ × g × (h_min + h₀)   URV = ρ × g × (h_max + h₀)

h₀ es la altura del nivel cero sobre el transmisor. Un transmisor montado en una tubuladura 0,3 m por debajo del fondo del depósito ve siempre 0,3 m de líquido adicional; el LRV queda entonces por encima de cero («cero elevado»). El span no cambia.

Elija un transmisor cuyo límite superior de rango esté en el URV o algo por encima, para que el span calibrado aproveche buena parte del rango del sensor. Un sensor de rango mucho mayor se reduce más, y sus errores, normalmente expresados en porcentaje del límite superior, se vuelven grandes frente al span; compruébelo con la calculadora de precisión de transmisores.

Ejemplo de cálculo

Un depósito de agua a unos 20 °C, nivel de 0 a 5 m, transmisor en el fondo:

• Densidad 998,21 kg/m³, presión por metro 9,789 kPa
• LRV 0 bar, URV 0,48945 bar (489,45 mbar)
• Un nivel de 3 m da 0,29367 bar, 60 % del span, 13,6 mA

Si el mismo transmisor está 0,5 m por debajo del fondo, el rango pasa a 0,04895–0,53840 bar; el span no cambia.

Densidad y temperatura

La densidad es la principal fuente de error de la medida hidrostática. El agua tiene 999,97 kg/m³ a 4 °C, 998,21 kg/m³ a 20 °C y 983,20 kg/m³ a 60 °C: un depósito calibrado en frío lee un 1,5 % de menos con agua a 60 °C. Salmueras, aceites, ácidos y lodos se apartan mucho más, y su densidad puede cambiar con la concentración. Use la densidad a la temperatura de servicio de la hoja de datos del proceso, o mídala.

Depósitos abiertos, cerrados y presurizados

Depósitos abiertos o venteados. Un transmisor de presión manométrica o una sonda sumergible venteada mide directamente la columna de líquido; el tubo de venteo del cable debe permanecer abierto y seco.

Depósitos cerrados con gas o vapor sobre el líquido. La presión del gas se suma a la lectura. Use un transmisor de presión diferencial con el lado de baja conectado al espacio de gas: la presión del gas actúa en ambos lados y se anula. Con rama de referencia seca, el cálculo de esta página se aplica sin cambios.

Ramas de referencia húmedas. Si la línea de baja se llena de condensado o de un líquido de relleno, añade una columna constante al lado de baja. El rango se desplaza entonces a valores negativos (supresión de cero) y debe calcularse con la altura de la rama y su propia densidad.

Errores frecuentes

Calibrar en metros de agua para otro líquido. Un transmisor ajustado a 0–5 mH₂O lee un 15 % de menos con un líquido de 850 kg/m³.

Olvidar el desplazamiento de montaje. Un transmisor por debajo del fondo indica la altura de la tubuladura incluso con el depósito vacío.

Medir un depósito presurizado con un transmisor manométrico. Cada cambio de la presión de colchón parece un cambio de nivel.

Reducir demasiado el rango. Un transmisor de 0–10 bar ajustado a 0–0,5 bar funciona, pero su efecto de la temperatura y su estabilidad, referidos al límite superior, son veinte veces mayores en relación con el span.

Preguntas frecuentes

¿Qué unidades puedo usar?

Longitudes en m, cm, mm, ft e in; presión en bar, mbar, kPa, psi, mH₂O e inH₂O. Las columnas de agua se refieren a 4 °C, como en el conversor de unidades de presión.

¿Cómo convierto el nivel en volumen?

Depende de la geometría del depósito: lineal en cilindros verticales, no lineal en cilindros horizontales y esferas. El transmisor mide altura; la tabla de cubicación se aplica en el sistema de control.

¿La salida 4–20 mA es proporcional al nivel?

Sí, linealmente. La corriente para cualquier nivel aparece en «A»; el convertidor 4–20 mA convierte lecturas en campo.