Los sensores de nivel son dispositivos diseñado para medir la altura de líquidos o materiales a granel dentro de contenedores, como tanques o depósitos. Estos sensores son fundamentales en numerosas industrias para controlar procesos y garantizar la seguridad operativa, ya que permiten detectar a tiempo situaciones de sobrellenado o desbordamiento, optimizando la eficiencia y reduciendo riesgos.
Los sensores de nivel son dispositivos esenciales en la medición precisa de líquidos y materiales a granel, utilizados en una amplia gama de aplicaciones industriales. Estos sensores son fundamentales en entornos donde se requiere una medición continua, asegurando el control eficiente de procesos críticos y mejorando la seguridad operativa. Además, los interruptores de nivel —que se activan cuando el nivel de un líquido o material alcanza un punto preestablecido— son una variante clave de los sensores de nivel. Estos dispositivos son especialmente valiosos para evitar desbordamientos, proteger equipos y optimizar el uso de los recursos en diferentes sectores. Los sensores de nivel ofrecen soluciones versátiles, confiables y precisas para garantizar el funcionamiento óptimo de los procesos industriales.
La medición con sensores de nivel se basa en el principio hidrostático: la presión ejercida por la gravedad de la columna de líquido genera una expansión en el sensor sensible a la presión, que convierte esta medición en una señal eléctrica estandarizada. Además, el cable de conexión de las sondas de nivel desempeña diversas funciones esenciales para el proceso.
Los sensores de nivel son esenciales para medir el nivel de líquidos en diversas aplicaciones industriales. Los principales tipos de medidores de nivel son:
Cada tipo de sensor se adapta a diferentes necesidades, mejorando la seguridad y eficiencia de los procesos industriales.
Los depósitos y la espuma a menudo dificultan la detección fiable del nivel. La tecnología de espectroscopia de impedancia mide la intensidad del campo eléctrico y magnético en múltiples frecuencias entre el rango de 50…200 MHz. Cada medio crea un perfil característico único en este barrido del espectro de alta frecuencia. En cada punto se realizan tres mediciones:
Cuando el medio está presente, estas medidas coinciden con el perfil. Sin medio presente o solo con residuos, las medidas no coinciden. Cuando el perfil medido cae en la zona de conmutación verde, la salida del sensor cambia de estado.
Otros medios tienen perfiles diferentes. Utilizando IO-Link, los valores medios del proceso se pueden evaluar y utilizar para distinguir un material de otro, es decir, aceite frente a agua, leche entera frente a leche al 2 %, etc.
Todas las versiones son programables, pero las configuraciones predeterminadas de fábrica están disponibles para medios a base de agua, medios a base de aceite/en polvo y medios con alto contenido de azúcar.
El principio de funcionamiento de gwr utiliza pulsos electromagnéticos en el rango de nanosegundos (microondas). El cabezal del sensor transmite los pulsos y los pulsos viajan por la sonda de metal (guía). Cuando la onda golpea el medio, se refleja, la recoge la sonda metálica y la guía hasta el cabezal del sensor. La diferencia de tiempo entre el pulso de transmisión y recepción (tiempo de vuelo) es directamente proporcional a la medición de la distancia.
Para un desacoplamiento adecuado del pulso del radar, se requiere una placa de lanzamiento metálica de al menos 150 mm² o 150 mm de diámetro. Si el tanque tiene una tapa de metal, puede actuar como placa de lanzamiento.
Para medios a base de aceite, la superficie del fluido no refleja el pulso del radar tan bien como el agua. Para intensificar y contener la señal debemos utilizar un accesorio de tubo coaxial.
Cuando se utiliza el tubo coaxial, no es necesaria la placa de lanzamiento descrita anteriormente. Esto facilita el montaje. Sin embargo, los puentes entre la sonda y el tubo coaxial debido a sólidos, emulsiones, etc. pueden provocar una indicación de nivel falsa. El tubo coaxial también se puede utilizar con medios a base de agua y el tubo se puede cortar a la longitud adecuada para que coincida con la sonda.
La presión hidrostática es la fuerza por área ejercida por una columna de líquido y es función de la altura del recipiente, no de la forma o el volumen general del recipiente. La ecuación para la presión hidrostática es:
Si se conocen la densidad y la gravedad específica del fluido, la altura (o nivel) del fluido se puede determinar a partir de la medición de la presión hidrostática.
Una aplicación común de presión hidrostática es medir el nivel de líquido en un tanque cerrado. Se puede utilizar una capa de gas inerte para evitar que el líquido se oxide, como el CO encima de un tanque de cerveza. En este caso, la presión diferencial se puede calcular mediante dos sensores de presión. El de arriba mide la presión del gas y el de abajo mide la presión del gas más la presión debida al líquido. Sólo la presión del líquido (y por tanto el nivel del líquido) es la diferencia entre las dos mediciones.
Los sensores capacitivos detectan cualquier material con o sin contacto. Con los sensores de proximidad capacitivos de ifm, el usuario puede ajustar la sensibilidad del sensor para detectar líquidos o sólidos incluso a través de tanques no metálicos.
Los sensores de nivel continuo LK y LT de ifm constan de 16 sensores capacitivos individuales que están apilados y multiplexados.
Cada célula evalúa su entorno para determinar si está cubierta por los medios. El microprocesador evalúa las 16 celdas para determinar el nivel del medio.
Las familias LK y LT tienen protección contra desbordamiento incorporada. El algoritmo que monitorea el desbordamiento es independiente de la medición de nivel general. De esta manera, si las salidas no conmutan como se desea y el nivel continúa aumentando, la protección contra desbordamiento obliga a las salidas a conmutar.
Además, la serie LT proporciona una salida independiente para temperatura media.
Los sensores ultrasónicos se basan en la detección de ondas sonoras que se reflejan en la superficie para medir el nivel. La superficie del medio refleja las ondas sonoras y la distancia se determina mediante la medición del tiempo de vuelo.
A diferencia de los sensores fotoeléctricos, el color, la transparencia y la reflectividad del medio no afectan a la tecnología ultrasónica.
Los sensores ultrasónicos presentan un alto grado de inmunidad a la humedad y al polvo. La cara sensora vibra a una frecuencia muy alta y elimina el exceso de humedad y polvo antes de que estas sustancias puedan afectar negativamente el rendimiento. Sin embargo, las temperaturas extremas pueden afectar la precisión ya que la velocidad del sonido varía con la temperatura.
El sensor de distancia láser O1D y el sensor de visión O3D utilizan tecnología de tiempo de vuelo pmd para medir la distancia a la superficie media. El principio del tiempo de vuelo monitorea el tiempo que tarda un fotón de luz en viajar a la superficie y regresar. A continuación, la señal es procesada por un elemento receptor.
Esta tecnología no es apropiada para medir el nivel de líquidos claros. Sólo se puede utilizar para líquidos y sólidos opacos.
El dispositivo funciona según el método FMCW (FMCW = Onda continua de frecuencia modulada). Los impulsos electromagnéticos en el rango de GHz se envían al medio a una frecuencia en constante cambio entre 77 y 81 GHz. Dado que el transmisor cambia continuamente la frecuencia de la señal transmitida, existe una diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y la reflejada. La frecuencia de la señal reflejada se resta de la frecuencia de la señal transmitida en ese momento, dando como resultado una señal de baja frecuencia proporcional a la distancia al nivel. Esta señal se procesa adicionalmente para obtener mediciones de nivel rápidas, confiables y altamente precisas.
El tamaño de la antena y la frecuencia son los dos factores principales decisivos para la resolución del alcance y la precisión de un sensor de radar. Básicamente:
La figura muestra: La tecnología de alta frecuencia de 80 GHz permite un ángulo de apertura comparativamente pequeño con un tamaño de antena pequeño.
Un mayor enfoque de la señal fuerte a través del pequeño ángulo de apertura permite la detección de medios con bajo dieléctrico, ya que el alto enfoque aumenta la reflexión hacia el sensor. El alto enfoque también evita la detección de agitadores y limpiadores de chorro, lo que provocaría interferencias en la señal.
Para aplicaciones industriales como la detección de niveles, la precisión del rango, hasta milímetros, es crucial. En este contexto, la resolución y precisión de las mediciones dependen de las frecuencias emitidas. Por ejemplo, el amplio ancho de banda de 77 a 81 GHz permite mediciones mucho más precisas. En comparación, un sensor de radar de 80 GHz ofrece una resolución de alcance 20 veces superior a la de un radar de 24 GHz. Además, esta alta resolución separa de manera eficaz el nivel del líquido de posibles reflejos no deseados en el fondo del tanque. Por lo tanto, el sensor mide con precisión desde la base hasta la parte superior del tanque, incluso cuando está lleno. En resumen, este avance minimiza zonas ciegas y optimiza el control de nivel industrial.
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