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El criterio fundamental para elegir el principio de medición más adecuado es el medio a medir

Métodos de medida a nivel

Emilio Martínez, director de España y Portugal de Baumer 17/06/2010

17 de junio de 2010

El proceso de medición y control de nivel puede basarse en differentes tecnologías: mecánica, capacitiva, conductiva, por presión, ultrasonidos, microondas, óptica y radar, serían ejemplo tan solo de algunas de ellas. El criterio fundamental para elegir el principio de medición más adecuado es el medio a medir. Otros conceptos como medición con o sin contacto con el medio así como medida de forma continua o tan solo por puntos completan la selección del método. Los sensores ultrasónicos y la tecnología de radar, así como algunos sensores ópticos y capacitivos, pueden usarse para la medición sin contacto con el medio, mientras que con todas las demás tecnologías, los sensores tendrán contacto con el medio.

Nivel de contacto frente a nivel continuo

Una de las principales preguntas que hay que contestar es si uno quiere medir en un punto o de forma continua. Los conmutadores de nivel tienen un contacto de proximidad que contiene uno o dos puntos de conmutación e indican si se ha alcanzado o viceversa un cierto nivel. Mientras que este método solo refleja la capacidad del tanque en un cierto punto, una medición continua proporciona información más detallada midiendo el nivel a través de una señal de salida analógica. Este método muy preciso se aplica a menudo si los líquidos deben ser dosificados o mezclados, o si deben supervisarse los ajustes, el consumo o las pérdidas.

Cuando se eligen tecnologías y métodos de medición adecuados, deben considerarse varios factores. Los más importantes son el tamaño del depósito, el tipo y el material, las partes móviles como los dispositivos de mezcla en el depósito, la distancia entre el nivel mínimo y máximo, la consistencia del medio (conductividad o no, homogeneidad o heterogeneidad, temperatura, etc.). Puede que haya que considerar también los factores adicionales como la formación y detección de espuma, el riesgo de explosión debido a gas o polvo, existencia de N2 inerte, la exactitud de la medición requerida y los certificados necesarios (sobre todo para aplicaciones en los campos de la industria marina, de la alimentación o zonas clasificadas ATEX).

Medición de nivel basada en la conductividad

Si el medio del proceso es un líquido conductivo, puede hacerse la medición continua o de punto de conmutación usando sensores de principio de conductividad. En conmutadores de nivel conductivo, una señal de salida está conectada a un electrodo aislado. Cuando el medio entra en contacto con el electrodo, una corriente mínima fluye por el medio a la caja. Un amplificador de voltaje eléctrico recoge esta corriente y la envía como una señal.

El dispositivo más conveniente para la medición de nivel continuo es el LSP 05x de Baumer. El sensor seguro y fácil de montar conduce mediciones muy exactas y es aplicable a todos los medios con una conductividad mínima de 1mS/cm. El método de medición se basa en una varilla de medición resistiva que se introduce en un líquido conductivo. Un oscilador genera una corriente alterna, que es alimentada a toda la varilla de medición. Dependiendo del nivel respectivo, un flujo de corriente proporcional es capturado entre la varilla y la pared metálica del tanque o un electrodo de referencia y luego dirigido a un amplificador. La resistencia del líquido disminuye proporcionalmente a la parte sumergida de la varilla. Si el líquido es homogéneo, se proporciona una medición lineal del nivel lleno y, por tanto, una salida de señal lineal de 4 a 20 mA. Este dispositivo de medición de nivel es ideal para usar con sustancias resistentes o incluso pastosas como la miel o la pasta de dientes. Si la formación de espuma impide la medición, una capa de PTFE de la parte de no medición de la varilla asegura que no haya falsas señales.

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Aplicación de conductividad LSP.
El hecho de que no esté afectada por la presión, la densidad, la temperatura o la constante dieléctrica abren una amplia variedad de aplicaciones para esta tecnología. Debido a la conexión de proceso apto 3A, el dispositivo puede usarse en la industria alimentaria y de bebidas, así como en la industria farmacéutica y bioquímica. Un ejemplo de un caso especial es la medición de crema batida de chocolate, donde el contenedor horizontal implicaba que la varilla de medición sólo podía ser instalada de lado. Por lo tanto, la varilla tenía un ángulo de 45° en los medios y permaneció sin cubrir para asegurar un recorrido de señal que servía para registrar el nivel.

Medición hidrostática de nivel

El control de nivel con la ayuda de la medición de presión es un método establecido desde hace mucho tiempo, y la medición hidrostática es un método fácil de usar y económico. Durante este proceso, los sensores de presión detectan la presión hidrostática en el fondo del tanque que es directamente proporcional a la densidad y altura del líquido, lo que permite por tanto la medición del nivel de líquido. Los dispositivos están autorizados para aplicaciones higiénicas y pueden ser construidos en recipientes abiertos o cerrados como característica estándar.

Mientras que en contenedores abiertos, un aparato de medición de la presión montado en el fondo del tanque detecta el nivel de líquido por encima del punto de medición, la presión interna en contenedores cerrados es medida a través de un segundo transmisor de presión montado en la torre del contenedor. La diferencia entre ambos valores es la presión del nivel del líquido, que se indicada como nivel de llenado, volumen o densidad a través de un visualizador de aguas abajo o un regulador. Dado que la medición del nivel hidrostático es independiente de la viscosidad y conductividad del medio y la formación de espuma u otras sustancias en el tanque, se aplica en casi todas las áreas de operación industrial.

Registrador de lecturas ultrasónicas

Con la detección ultrasónica de nivel, se activan eléctricamente unos cristales piezoeléctricos en el sensor para enviar impulsos ultrasónicos. Estos impulsos son reflejados por el medio que está siendo medido y luego alcanzan otra vez al sensor después de un corto período de tiempo, y es esta demora variante lo que se usa para medir el nivel. Por lo tanto, este método de medición sin contacto puede usarse en depósitos abiertos o cerrados. El único factor a considerar es la velocidad sónica que depende de la composición y temperatura del gas. Los sensores ultrasónicos se usan principalmente para el control de nivel de granulado, pasta o líquido. Para aplicaciones con líquidos o gases agresivos, los sensores estándar sólo deben usarse con instrumentos de medición con una protección adecuada. Para cumplir con este requisito, los sensores Unar de Baumer están equipados con una capa de parileno químicamente resistente con excelentes efectos de barrera para soluciones ácidas inorgánicas, solventes orgánicos y vapor de agua.
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Gama Unar de sensores ultrasónicos resistentes a sustancias químicas para control de nivel en ambientes agresivos.

Sensores capacitivos y sensores ópticos

Los sensores capacitivos detectan un medio haciendo uso de su capacidad inductiva que es diferente de la del aire. Si la capacidad sensible de un condensador de placas se amplía debido a circunstancias externas, un oscilador RC vibra. La inversión resultante en la corriente es analizada por la unidad funcional aguas abajo y luego conducida –según la señal– a una conmutación de circuito. Esto ocurre si el medio líquido o sólido a medir está situado a una cierta distancia del área activa. El punto de conmutación digital puede ajustarse a través de un potenciómetro directamente en el sensor. Los sensores capacitivos no requieren por lo general mantenimiento y son fáciles de instalar. Se usan para controlar el nivel de diferentes medios de contacto o no contacto a través de una pared del tanque hecha de plásticos o cristal y pueden usarse en sustancias no conductivas como la porcelana, la madera, la arcilla, los aglomerados, el papel, el cartón, el polvo, el grano, el té o el chocolate. Los principales campos de aplicación son las industrias químicas, alimentarias y plásticas.
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Los sensores capacitivos pueden medir los niveles de muchas sustancias diferentes.
Por otro lado, los sensores ópticos contienen un cabezal de cuarzo de cristal que lleva un diodo de infrarrojos como emisor y un semiconductor sensible a la luz como receptor. Con estos sensores, los niveles pueden controlarse sin contacto de líquido a través de conductos transparentes o medios transparentes o tubos que usan una versión FFDK16 de diseño especial. Dado que la luz se usa para la detección de nivel, el método óptico puede medir líquidos conductivos y no conductivos. Si el cabezal del sensor está rodeado de aire, el ángulo de límite para la reflectancia total de la luz cambia. Por otra parte, si el cabezal hecho de vidrio borosilicato entra en contacto con el líquido, el haz de luz es desviado hacia el fluido y la salida del sensor cambia su estado de conmutación. El FFAR de Baumer está disponible con una variedad de cubiertas montables in situ para diferentes condiciones de aplicación, por ejemplo, el acero inoxidable lo hace muy resistente a un gran número de líquidos agresivos. El medio líquido puede ser conductivo o no conductivo, mientras su índice de reflexión no sea demasiado alto.

Sensores de fuga

Los sensores de fuga pueden detectar sin peligro y fácilmente líquidos de fuga empezando con un mínimo de 1 ml, usando el método optoelectrónico. Con este procedimiento, se logra un tiempo de respuesta rápido para que la pérdida de líquido sea la menor posible y evitar así una contaminación de la instalación. Los sensores de fuga pueden montarse directamente en el fondo del tanque o en un dispositivo de soporte. Un sistema fiable para el control de fugas es muy importante en muchas áreas, como almacenes, armarios de acondicionamiento, depósitos de combustible o máquinas industriales. Solo si las fugas se detectan bastante temprano, pueden tomarse medidas y evitarse daños, por ejemplo con desconexiones de emergencia para sistemas de bomba.
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Los sensores detectores de fuga se basan en el método optoelectrónico.

Más métodos para el control de nivel

Además de los métodos de medición mencionados hasta ahora, hay otras tecnologías usadas para la detección y el control de nivel. Otro método de no contacto es el radar que se basa en el tiempo de funcionamiento, desde la emisión hasta la recepción de la onda reflejada. Para la medición radiométrica, se usan compuestos radiactivos como fuente de radiación y los sensores de vibración son conmutadores de nivel basados en el principio de horquilla vibrante. Hay también conmutadores de nivel basados en medidores magnéticos y sensores de caudal, principalmente usados en la tecnología de procesos para medir el volumen y el flujo másico necesarios para contar y dosificar en los procesos de carga.

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