La presión se mide como absoluta, manométrica o diferencial, con sensores de diafragma, galga extensométrica o capacitivos. El nivel de un líquido se obtiene a partir de la presión hidrostática en el fondo, P = ρ·g·h, o con tecnologías sin contacto como el ultrasonido y el radar. La elección depende del fluido, el recipiente y el entorno.
La presión y sus tres referencias
Casi toda medición de nivel, caudal o fuerza termina en una medición de presión, así que conviene fijar los términos. Una presión se expresa siempre respecto a una referencia:
- Absoluta: se mide respecto al vacío perfecto. Es igual a la presión manométrica más la presión atmosférica.
- Manométrica: se mide respecto a la presión del aire ambiente. Es la que indica un manómetro común.
- Diferencial: es la diferencia entre dos puntos, y se mide con un instrumento de dos tomas.
La unidad del Sistema Internacional es el pascal (newton por metro cuadrado). En planta se usan también el bar (100 000 Pa), el psi (cerca de 6895 Pa) y, para alturas de columna, milímetros de columna de agua o de mercurio. Una atmósfera estándar equivale a 101 325 Pa. Para vacío, la lectura puede ser ambigua si no se aclara la referencia: una lectura manométrica de vacío puede corresponder a una presión absoluta muy baja o moderada, y por eso se declara siempre si es absoluta o manométrica.
Cómo se mide la presión
| Tecnología | Principio | Comentario |
|---|---|---|
| Tubo Bourdon | Un tubo curvo se endereza al subir la presión y mueve una aguja | Manómetro de campo, mide presión manométrica |
| Galga extensométrica (piezorresistivo) | La deformación de un diafragma cambia la resistencia de galgas conectadas en puente | Tecnología más usada en uso general |
| Capacitivo | El diafragma y una cavidad forman un condensador cuya capacitancia varía | Frecuente en transmisores de presión diferencial |
Un transmisor de presión agrega al sensor la electrónica que acondiciona la señal y la convierte en 4-20 mA, con rango ajustable. Para el lazo, véase señal 4-20 mA: cómo funciona. Los sensores de proximidad inductivos, capacitivos y fotoeléctricos, con salida PNP o NPN, se explican en sensores inductivos, capacitivos y fotoeléctricos.
Al elegir el instrumento deben definirse: tipo de referencia (absoluta, manométrica o diferencial), rango con holgura sobre la presión máxima de operación y sobre picos, material en contacto con el fluido, conexión a proceso, temperatura del fluido y protección contra sobrepresión. Un sello remoto o de diafragma aísla el sensor de fluidos corrosivos, viscosos o calientes.
Nivel: tecnologías
El nivel puede medirse en un punto, para activar una alarma o proteger una bomba, o de forma continua. Las tecnologías principales, con su principio y su limitación más relevante:
| Tecnología | Principio | Ventaja | Limitación principal |
|---|---|---|---|
| Hidrostática (presión) | Presión en el fondo, proporcional a la altura | Tanques profundos y fluidos corrosivos | Depende de la densidad; requiere compensación de temperatura |
| Flotador | Un flotador con imán acciona un interruptor o un sensor continuo | Simple, económico, confiable | No apto para líquidos espesos, con lodos o que se adhieren |
| Ultrasónico | Mide el tiempo de un eco de sonido | Sin contacto, económico | Afectado por espuma, vapor, turbulencia y cambios de temperatura |
| Radar | Mide el tiempo de una onda de microondas, libre o guiada | Funciona con vapor, polvo, vacío, y no depende de la densidad | Costo más alto y configuración más compleja |
| Capacitivo | Cambio de capacitancia según el material sobre la sonda | Sin partes móviles, robusto, detecta interfases | Adherencias sobre la sonda |
| Burbujeo | Presión necesaria para expulsar aire por un tubo sumergido | Sin partes móviles, adecuado para áreas peligrosas | Requiere suministro de aire constante |
| Radiación gamma | Atenuación de rayos a través del recipiente | Sin contacto, para condiciones extremas | Requiere fuente radiactiva y manejo especial |
El ultrasonido emite pulsos de unos 20 a 200 kHz y mide el eco, con una zona ciega cerca del sensor de entre 150 mm y 1 m según el modelo. El radar, en cambio, no se afecta por densidad, viscosidad ni vapor.
Nivel hidrostático: P = ρ·g·h
La presión en el fondo de un recipiente con líquido depende de la altura y de la densidad, no del volumen total:
p = ρ · g · h + p₀
donde ρ es la densidad del líquido, g la gravedad (9,81 m/s²), h la altura de la columna y p₀ la presión sobre la superficie. Un transmisor de presión manométrica en el fondo de un tanque abierto mide ρ·g·h, y de ahí se obtiene h.
Ejemplo ilustrativo. Un tanque abierto con agua (ρ = 1000 kg/m³) a 4 m de nivel.
- Presión en el fondo: 1000 × 9,81 × 4 = 39 240 Pa, es decir, 39,2 kPa.
- Si el transmisor se calibró de 0 a 39,2 kPa para 0 a 4 m, a 2 m marca 19,6 kPa y 12 mA.
Si el mismo tanque se llena con un líquido de densidad relativa 1,2, a los mismos 4 m la presión sube a 47,1 kPa. El transmisor saldría de rango (señal saturada por encima de 20 mA). A cualquier nivel, el sistema leería un 20 % más que el nivel real. Es la razón por la que el rango se calibra para el fluido real y se corrige si la densidad cambia, por ejemplo con la temperatura.
En tanques abiertos o con poca altura, el lado de referencia del transmisor debe ventilarse a la atmósfera, pues de lo contrario el cambio de presión barométrica se refleja como falso cambio de nivel.
Tanque cerrado: la presión diferencial
Si el tanque está presurizado, la presión del gas se suma a la del líquido. Se usa entonces un transmisor de presión diferencial: la toma de alta va al fondo y la de baja a la parte superior, de modo que la presión del gas se resta y la lectura depende solo del nivel. Si la línea de baja se llena de condensado o de líquido, se produce un desplazamiento de cero que se corrige con la calibración o se evita con el diseño de la línea de referencia, llamada «pierna húmeda». También se ajusta la supresión o elevación del cero cuando el transmisor está montado por debajo del fondo del tanque.
Cómo elegir
- ¿El recipiente es abierto o a presión atmosférica?
- Sí: ¿Hay vapor, espuma o polvo sobre la superficie?
- Sí: Radar
- No: Ultrasónico o hidrostático
- No: ¿El fluido es limpio y de densidad conocida?
- Sí: Presión diferencial
- No: Radar guiado o capacitivo
- Sí: ¿Hay vapor, espuma o polvo sobre la superficie?
Criterios prácticos: estado del fluido (líquido, sólido, lodo), densidad y su variación, temperatura y presión, presencia de espuma, vapor o polvo, necesidad de contacto o no, áreas clasificadas, mantenimiento posible y costo. La verificación final es siempre una comparación con una medición de referencia durante la puesta en servicio.
Protección del instrumento y seguridad
La medición de nivel y presión suele ser parte de una función de protección: evitar el desborde de un tanque, proteger una bomba del funcionamiento en seco o limitar la presión de un recipiente. Cuando la función es de seguridad, no se confía en el mismo transmisor que regula el proceso. Se instala un instrumento independiente, con su propia toma, y a menudo un interruptor de nivel o de presión como segunda barrera. Además, el instrumento debe soportar sobrepresiones, golpes de ariete y limpiezas a presión sin perder calibración, lo que se resuelve con límites de sobrepresión adecuados, amortiguadores o sellos de diafragma. La definición de qué función es de seguridad y de cuánto riesgo cubre cada instrumento es un trabajo de ingeniería propio de cada proyecto.
Errores frecuentes
- Calibrar un transmisor hidrostático con agua y usarlo con un líquido de densidad distinta.
- No ventilar la referencia del transmisor y confundir la presión barométrica con nivel.
- Instalar un ultrasónico dentro de la zona ciega o frente a obstáculos en el tanque.
- Dejar aire o condensado en las líneas de impulso del transmisor diferencial.
- Ignorar la supresión de cero cuando el transmisor no está a la altura del fondo.
- Confundir presión absoluta con manométrica al ajustar el rango.
- Elegir un rango demasiado amplio, que degrada la resolución a niveles bajos.
- No proteger el sensor contra sobrepresión o contra golpe de ariete.
Lista de verificación
- Referencia de presión definida: absoluta, manométrica o diferencial.
- Rango con holgura sobre la presión máxima y sobre los picos.
- Densidad del fluido y su variación documentadas; calibración para el fluido real.
- Referencia ventilada o línea de baja correctamente diseñada.
- Material y sellos compatibles con el fluido y la temperatura.
- Instalación fuera de zonas ciegas, obstáculos y de entradas de flujo.
- Comprobación con nivel real o con una referencia en varios puntos del rango.
- Alarmas de alto y bajo nivel independientes del transmisor en servicios críticos.
- Tag, rango y fluido registrados.
Cómo le ayudamos
El nivel y la presión protegen bombas, tanques y calderas, y un instrumento mal calibrado deja de proteger sin avisar. En el diseño, nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios selecciona la tecnología y deja los planos de lazo y los cálculos de rango; en campo, las pruebas y puesta en servicio comprueban la señal del instrumento hasta el sistema de control. En equipos eléctricos, la presión y el nivel también son señales de protección, como en la válvula de alivio de presión y los monitores de densidad de SF6. Los símbolos de los instrumentos y la numeración de los lazos siguen la norma ISA 5.1; el detalle está en símbolos de instrumentación y lazos según ISA 5.1. Para ajustar las ganancias del PID, el método de Ziegler-Nichols y sus alternativas se explican en sintonía Ziegler-Nichols y alternativas.
Guías relacionadas
- Válvula de alivio de presión
- Monitor de densidad de SF6
- Protecciones mecánicas del transformador 63 y 26
- Medición de caudal por presión diferencial
- Calibración de instrumentos: conceptos básicos
Referencias
- Wikipedia, «Level sensor» y «Pressure measurement» (CC BY-SA 4.0), consultadas el 2026-11-05.
- IEC 61298 (serie), Process measurement and control devices – General methods and procedures for evaluating performance (citada por título).
- Kuphaldt, T. R., Lessons in Industrial Instrumentation, capítulos de presión y nivel (CC BY 4.0).
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre presión absoluta, manométrica y diferencial?
La absoluta se mide respecto al vacío perfecto; la manométrica, respecto a la presión atmosférica del lugar; la diferencial es la diferencia entre dos puntos. La absoluta es igual a la manométrica más la atmosférica.
¿Por qué un transmisor de nivel hidrostático da una lectura distinta si cambia el líquido?
Porque la presión en el fondo depende de la densidad, además de la altura. Si el líquido es más denso, la misma altura produce más presión. Por eso el transmisor se calibra para el fluido real y se corrige si la densidad o la temperatura cambian.
¿Cuándo es mejor el radar que el ultrasonido?
Cuando hay vapor, espuma, polvo, turbulencia o cambios de temperatura y presión que alteran la velocidad del sonido. El radar no depende de ella. El ultrasonido es más económico y suficiente en tanques abiertos con superficie tranquila y sin vapores.
¿Cómo se mide el nivel en un tanque cerrado y presurizado?
Con un transmisor de presión diferencial: una toma en el fondo mide la presión del líquido más la del gas, y la otra mide solo la presión del gas en la parte superior. La diferencia depende únicamente del nivel, y se anula el efecto de la presión del recipiente.