¿Qué es un sistema de nivel por burbujeo?
Un sistema de nivel por burbujeo mide el nivel de líquido forzando lentamente aire o gas por un tubo cuyo extremo abierto queda cerca del fondo del recipiente y leyendo la presión que hace falta para mantener las burbujas saliendo. Esa contrapresión iguala la columna hidrostática de líquido por encima del extremo abierto del tubo, así que se convierte directamente en nivel. Lo ingenioso es que solo el tubo de inmersión entra al proceso: el transmisor de presión se queda a salvo arriba, en el gas limpio y seco por encima del líquido. Esa separación es la razón por la que los burbujeadores sobreviven a servicios corrosivos, con lodos y de tanque abierto sucio que destruirían a un transmisor sumergido.
Nivel por burbujeo (purga de aire) en una línea: Un sistema de nivel por burbujeo alimenta un flujo pequeño y constante de aire o gas de purga por un tubo de inmersión hasta justo por encima del fondo del recipiente. La presión requerida para empujar las burbujas fuera del extremo iguala la columna hidrostática de líquido por encima, así que medir esa contrapresión da el nivel manteniendo al transmisor sin contacto con el fluido de proceso.
La contrapresión iguala la columna hidrostática
La medición descansa en un hecho hidrostático simple: la presión en el fondo de una columna de líquido depende solo de la altura de esa columna y de la densidad del líquido. En un burbujeador, un tubo de inmersión se instala con su extremo abierto cerca del fondo del recipiente, y un suministro regulado empuja un chorro lento y continuo de aire por él. Para mantener las burbujas escapando por el extremo, la presión de suministro dentro del tubo debe equilibrar exactamente la columna de líquido que presiona contra la abertura. Esa presión de equilibrio es la contrapresión, y se mide en la parte alta del tubo donde está limpia y accesible.
A medida que sube el nivel de líquido, la columna por encima del extremo abierto del tubo aumenta, se necesita más contrapresión para seguir burbujeando y el transmisor lee una presión más alta. Al bajar el nivel, la contrapresión cae. La relación es lineal con la altura, así que un transmisor de presión conectado a la parte alta del tubo de inmersión lee la contrapresión y la escala directamente a nivel, usando la densidad del líquido para convertir la columna en altura. Todo el sistema es en esencia una medición de nivel hidrostático con el punto de detección empujado al fondo del tanque por una columna de gas de purga.
La ventaja definitoria es dónde vive el transmisor. Como el gas de purga mantiene el líquido de proceso fuera del tubo, lo único expuesto al fluido es un tramo de tubería, que puede ser de un material resistente a la corrosión y no tiene nada delicado que dañar. El transmisor se conecta a la parte alta seca de ese tubo, aislado del proceso por la columna de gas. Por eso un burbujeador es la respuesta clásica para líquidos agresivos, que se adhieren o abrasivos donde se quiere nivel hidrostático pero no se puede poner un instrumento en contacto con el fluido.
Dónde el burbujeador se gana su lugar
Los burbujeadores brillan en los servicios feos. Los líquidos corrosivos que atacarían a un sensor sumergido quedan retenidos por la purga, así que la parte mojada puede ser un tubo de inmersión resistente y nada más. Los lodos, sedimentos y corrientes cargadas de sólidos que taparían o abrasionarían un diafragma se manejan porque el flujo constante de burbujas hacia afuera mantiene la punta del tubo despejada y evita que el proceso se cuele. Los sumideros abiertos, las fosas y los tanques ventilados a la atmósfera son aplicaciones naturales de burbujeador, ya que la referencia es simplemente atmosférica y no se necesita conexión sellada al proceso.
La tecnología también es tolerante y económica donde instrumentos más sofisticados batallan. No hay sonda que se ensucie con acumulación como le pasa a un sensor capacitivo o magnetoestrictivo, no hay reflexión que se pierda como le pasa al radar con espuma o turbulencia, y el único componente dentro del tanque es tubería pasiva. En una fosa remota que recoge agua producida o un sumidero con fondo de sedimento, un burbujeador sigue trabajando cuando los instrumentos por contacto necesitarían limpieza constante. Esa robustez, no la exactitud, es lo que mantiene a los burbujeadores en servicio en la era del radar.
Vale la pena enunciar las contrapartidas. Un burbujeador necesita un suministro confiable de gas de purga limpio y seco - aire de instrumentos o nitrógeno - y deja de funcionar si ese suministro se pierde, así que no sirve donde no se pueda garantizar una purga. Su exactitud depende de que la densidad del líquido se mantenga consistente, ya que la lectura es columna convertida en altura, y una densidad cambiante o desconocida sesga el nivel. Y la purga continua consume gas. Dentro de esos límites, sin embargo, un burbujeador es una solución robusta y de bajo mantenimiento para exactamente los tanques que castigan a otras tecnologías.
Dimensionar la purga y vigilarla desde el SCADA
Acertar con el flujo de purga es el meollo de un buen burbujeador. El caudal de aire debe ser lo bastante bajo para que la caída de presión por el tubo de inmersión sea despreciable - de lo contrario el transmisor lee la fricción del tubo encima de la columna verdadera -, pero lo bastante alto para mantener las burbujas formándose de forma constante incluso al nivel de líquido más alto, donde la contrapresión es mayor. El objetivo práctico es un chorro de burbujas lento y continuo: flujo suficiente para vencer la columna y mantener la punta despejada, pero tan poco que la propia resistencia al flujo del tubo no distorsione la lectura. Un indicador de flujo o un regulador de purga, muchas veces un conjunto de purga autobalanceado, se usa para mantener ese flujo pequeño constante sin importar el nivel.
El tubo de inmersión en sí se dimensiona para que su diámetro mantenga baja la fricción al caudal de purga elegido y su extremo quede lo bastante bajo para leer todo el rango de medición, con la punta cortada o posicionada para desprender burbujas de forma limpia. En servicio sucio o que congela, una purga un poco mayor y una colocación cuidadosa del tubo previenen el taponamiento y evitan que la punta se congele. Los modos de falla recurrentes son todos relacionados con la purga: muy poco flujo y la lectura se retrasa o el tubo se tapa; demasiado y aparece el error por fricción; suministro perdido y la medición falla por completo. La puesta en marcha es en gran parte cuestión de afinar la purga a una burbuja estable y mínima.
Como la salud del burbujeador vive y muere por su purga, es un fuerte candidato al monitoreo remoto. Una plataforma SCADA de nube como Merobix historiza el nivel y, donde está instrumentado, el suministro de purga, para que un operador vea a un burbujeador desviarse cuando su suministro de aire flaquea o detecte un tubo tapado como un nivel que se atora o lee bajo. Graficar la lectura contra el comportamiento esperado de llenado y vaciado en un sumidero remoto atrapa una purga fallada o estrangulada antes de que los datos de nivel se vuelvan poco confiables, lo que importa en sitios no atendidos donde el tanque que alimenta al SCADA se revisa en persona solo rara vez.
Preguntas frecuentes
¿Cómo mide el nivel un sistema de burbujeo?
Empuja un flujo lento y constante de aire o gas por un tubo de inmersión cuyo extremo abierto queda cerca del fondo del recipiente. La presión necesaria para mantener las burbujas escapando iguala la columna hidrostática de líquido por encima del extremo del tubo, así que un transmisor en la parte alta del tubo lee esa contrapresión y la convierte directamente en nivel. Solo el tubo de inmersión toca el proceso; el transmisor se queda limpio y seco.
¿Por qué usar un burbujeador en lugar de un transmisor sumergible o de presión?
Porque el gas de purga mantiene el fluido de proceso fuera del tubo, así que la única parte mojada es un tramo resistente de tubería en lugar de un sensor delicado. Eso hace a los burbujeadores ideales para servicios corrosivos, abrasivos, con lodos y de sumidero abierto que ensuciarían o destruirían a un transmisor sumergido. La contrapartida es que necesitan un suministro confiable de purga con gas limpio y suponen una densidad de líquido consistente.
¿Cuánto aire de purga necesita un burbujeador?
Justo el suficiente para mantener un chorro lento y constante de burbujas formándose al nivel de líquido más alto, y nada más. Muy poco flujo deja que el tubo se retrase o se tape y no mantiene la punta despejada; demasiado flujo suma presión por fricción del tubo que sesga la lectura hacia arriba. Un regulador de purga o un conjunto de purga autobalanceado mantiene ese flujo pequeño y constante sin importar el nivel, por lo que dimensionar bien la purga es la clave de un burbujeador exacto.
Servicios de automatización
¿Necesita convertir esta información en un sistema que funcione?
Merobix integra SCADA, programa PLC Allen-Bradley y Siemens, y diseña y fabrica tableros de control industrial.
Las solicitudes de reunión se revisan antes de confirmarse.