Instalación de un medidor ultrasónico: ubicación y zona muerta

1. ¿Por qué es importante instalar un medidor de nivel ultrasónico?

Los medidores de nivel ultrasónicos pueden utilizarse para medir el nivel de diversos líquidos y medios de proceso, como aguas residuales, líquidos ácidos o alcalinos, resinas, parafina y suspensiones. Asimismo, se emplean con frecuencia en sectores industriales como el petróleo, la industria química, la generación de energía, la metalurgia y el tratamiento de agua.

Un medidor de nivel ultrasónico emite ondas ultrasónicas desde la sonda hacia la superficie del líquido y luego recibe la señal reflejada por dicha superficie para calcular la distancia.

Por lo tanto, incluso si se ha seleccionado el modelo correcto de instrumento, una posición de instalación inadecuada puede provocar:

• Ecos inestables;

• lecturas fluctuantes del nivel líquido;

• Incapacidad para detectar la superficie del líquido;

• Valores mostrados anormales;

• Interferencia provocada por las paredes del tanque o por estructuras internas;

Durante la instalación, la prioridad principal es garantizar que la sonda disponga de una trayectoria de propagación ultrasónica lo más limpia y estable posible;

2. ¿Qué principios deben seguirse al seleccionar la posición de instalación de un medidor de nivel ultrasónico?

2.1. Evitar entradas y zonas con fluctuaciones severas en la superficie del líquido

Al instalar la sonda, evite, siempre que sea posible, las entradas, las salidas y las posiciones en las que la superficie del líquido experimente fluctuaciones significativas.

Si el haz ultrasónico impacta directamente sobre el flujo de material entrante, el instrumento podría confundir las reflexiones del flujo entrante con ecos del nivel del líquido.

Asimismo, ondas intensas, vórtices o agitación continua pueden modificar continuamente la dirección de reflexión, provocando lecturas inestables del nivel del líquido.

Por ello, es preferible mantener una superficie del líquido relativamente estable por debajo de la sonda.

2.2. La superficie transmisora de la sonda debe orientarse correctamente hacia la superficie del líquido.

Para una superficie líquida horizontal habitual, la superficie transmisora de la sonda debe mantenerse, en general, lo más paralela posible a dicha superficie, de modo que las ondas ultrasónicas viajen aproximadamente verticalmente hacia la superficie del líquido.

Si la sonda está inclinada de forma significativa, las ondas ultrasónicas reflejadas podrían no regresar de manera efectiva a la sonda.

Especialmente en distancias de medición más largas, incluso una pequeña desviación en el ángulo de instalación puede provocar un impacto notable.

2.3. El nivel más bajo del líquido debe encontrarse dentro del rango de medición del instrumento.

La distancia entre la sonda y el nivel más bajo del líquido no debe superar el rango de medición efectivo del medidor de nivel ultrasónico seleccionado.

Por ejemplo, si la distancia máxima real de medición es de 8 m, no se debe seleccionar un instrumento con un rango efectivo inferior a 8 m.

También se debe reservar un margen de ingeniería razonable durante la selección del modelo, en lugar de seleccionar un producto basándose únicamente en la distancia máxima teórica.

2.4. El nivel más alto del líquido no debe ingresar en la zona ciega del instrumento.

Los medidores de nivel ultrasónicos suelen presentar una zona cercana a la sonda en la que no es posible realizar mediciones normales; esta zona se conoce como «zona ciega».

Si el nivel más alto del líquido entra en la zona ciega, es posible que el instrumento no logre identificar correctamente la superficie real del líquido.

Por lo tanto, durante la instalación debe cumplirse el siguiente requisito:

La distancia desde la sonda hasta el nivel líquido más alto debe ser mayor que la zona ciega especificada para el instrumento;

La zona ciega específica debe comprobarse en la hoja de datos o en el manual del modelo correspondiente;

No se debe utilizar una distancia fija única como estándar universal para todos los medidores de nivel ultrasónicos.

¿A qué distancia debe encontrarse la sonda ultrasónica respecto a la pared del tanque?

Si la sonda se instala demasiado cerca de la pared del tanque, el haz ultrasónico puede impactar en:

• paredes del tanque con textura rugosa;

• uniones de soldadura;

• estructuras de soporte;

• protuberancias;

• otros componentes internos.

Todos estos factores pueden generar ecores interferentes.

Según la experiencia de instalación que usted proporcionó:

Para paredes de piscina o depósito irregulares, se recomienda mantener una distancia superior a 0,3 m entre la sonda y la pared.

Este valor puede utilizarse como referencia práctica para algunos sitios; no obstante, la distancia real de instalación también debe tenerse en cuenta:

• Ángulo del haz de la sonda;

• Distancia de medición;

• Diámetro del recipiente;

• Estructura de la pared del tanque;

• Instrucciones para el modelo específico.

Cuanto mayor sea el rango de medición, mayor suele ser el área de cobertura del haz en el extremo más alejado. Por lo tanto, considerar únicamente la distancia en la parte superior del tanque no es suficiente.

4. ¿Qué se debe hacer si el nivel más alto del líquido entra en la zona ciega?

Si el espacio de instalación es limitado y la sonda no puede mantener una distancia suficiente con respecto al nivel más alto del líquido, puede considerarse la instalación de un tubo de extensión o de montaje, según los requisitos del instrumento específico.

La solución práctica incluida en su material comprende:

• diámetro del tubo de extensión superior a 120 mm;

• longitud aproximada de 0,35–0,50 m;

• instalación vertical;

• pared interior lisa;

• la abertura del tanque no debe ser inferior al diámetro interior del tubo de extensión.

Otra opción consiste en extender la tubería hacia el tanque, asegurando que los niveles de líquido dentro y fuera de la tubería puedan comunicarse normalmente.

Estas dimensiones se basan en una experiencia específica de instalación y no deben utilizarse directamente como parámetros de diseño universales para todos los modelos.

Esto se debe a que la propia tubería de extensión también puede generar reflexiones ultrasónicas.

Por lo tanto, antes de utilizar un tubo de extensión, debe confirmarse lo siguiente:

• Diámetro permitido del tubo;

• Longitud máxima del tubo;

• Dimensiones de la sonda;

• Si la pared interna es lisa;

• Si se presentan salientes en la abertura del tubo;

• Si es compatible con las características de la viga del instrumento específico.

5.¿Qué parámetros del instrumento deben confirmarse nuevamente antes de la instalación?

Antes de la instalación, se debe verificar nuevamente las condiciones del sitio para confirmar que cumplen con los requisitos del modelo seleccionado.

Los factores clave incluyen:

Presión del proceso;

Confirmar que la presión del recipiente no exceda el rango permitido del instrumento.

Temperatura del proceso;

Confirme que tanto la temperatura del medio como la temperatura ambiente se encuentran dentro del rango permitido para el instrumento.

Propiedades químicas del medio

Para medios ácidos, alcalinos, aguas residuales u otros medios corrosivos, verifique que la sonda y los materiales de contacto con el proceso sean químicamente compatibles.

Requisitos eléctricos:

La alimentación debe desconectarse antes de realizar el cableado.

Si se utiliza un medidor de nivel ultrasónico resistente a explosiones, el cableado, el sellado y la instalación deben realizarse de acuerdo con los requisitos correspondientes para sistemas resistentes a explosiones.

6.¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar un medidor de nivel ultrasónico al aire libre?

6.1. Evitar la exposición prolongada a la luz solar directa

Cuando un medidor de nivel ultrasónico se instala al aire libre y está expuesto durante períodos prolongados a una intensa radiación solar, la temperatura de la carcasa del instrumento y de sus componentes electrónicos puede aumentar.

En entornos con altas temperaturas y fuerte exposición solar, puede instalarse un sombreador o una cubierta protectora según las condiciones del lugar.

La sombra solar no debe interferir con la transmisión ni recepción normal de señales ultrasónicas por parte de la sonda.

6.2. Los cables y los conductos protectores deben estar adecuadamente impermeabilizados.

La agua de lluvia y la condensación son problemas comunes en las instalaciones al aire libre.

Si el conducto del cable o la entrada del cable no están sellados correctamente, el agua puede circular a lo largo del cable y entrar en el instrumento.

Por lo tanto, se debe prestar atención a lo siguiente:

• Aplicar un apriete fiable a la junta del cable;

• Sellar adecuadamente las conexiones de conducto;

• Evitar el trayecto del cable que permita que el agua fluya directamente hacia abajo hacia el instrumento desde arriba;

• Instalar un bucle de goteo.

Un método sencillo pero importante es:

El cable debe doblarse primero hacia abajo antes de ingresar al instrumento y, luego, elevarse hacia arriba hacia la entrada del cable.

Esto permite que la agua de lluvia o la condensación goteen hacia abajo a lo largo del cable, en lugar de fluir directamente hacia el cuerpo del instrumento.

6.3. Se debe considerar una protección adicional contra rayos en las zonas con frecuentes tormentas eléctricas.

Aunque el instrumento disponga de un determinado nivel de protección interna contra sobretensiones, se deben evaluar medidas externas de protección contra sobretensiones o contra rayos en función del diseño eléctrico del sitio en áreas con actividad eléctrica frecuente.

Esto es especialmente importante para:

• tanques de agua exteriores;

• tanques de almacenamiento elevados;

• trayectos largos de cableado;

• áreas abiertas;

donde los problemas de rayos inducidos y sobretensiones requieran una atención especial.

7. ¿Cómo se deben instalar los medidores de nivel ultrasónicos en entornos de alta y baja temperatura?

Si la temperatura ambiente del sitio puede superar el rango operativo permitido del instrumento, se deben adoptar las medidas de protección adecuadas.

Por ejemplo:

• Instalar sombreado o aislamiento térmico en zonas de alta temperatura;

• Evitar que las superficies del equipo de alta temperatura entren en contacto directo;

• Considerar el aislamiento térmico en entornos de baja temperatura;

• Evitar que el hielo cubra directamente la sonda.

Las temperaturas ambientales y del medio permitidas para los medidores de nivel ultrasónicos varían según el modelo; por ello, se debe utilizar la hoja de datos del producto específico como referencia.

8. ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalarlos en canales o tanques abiertos?

Al instalarlos en canales, piscinas u otros recipientes abiertos, suele requerirse un soporte de montaje.

Se debe verificar cuidadosamente lo siguiente:

Capacidad de carga del soporte;

El soporte debe disponer de una resistencia mecánica suficiente; para su uso prolongado al aire libre, también se deben tener en cuenta las cargas por corrosión y por viento.

Cobertura del haz de sonda;

No deben encontrarse paredes de piscina, vigas transversales ni otros obstáculos dentro del área de cobertura del ángulo del haz ultrasónico.

Altura de instalación;

El nivel más bajo del líquido debe mantenerse dentro del rango de medición efectivo del instrumento, mientras que el nivel más alto no debe ingresar en la zona ciega.

Por lo tanto, la altura del soporte de montaje no puede determinarse únicamente por conveniencia constructiva; también debe cumplir con los requisitos del rango de medición completo.

9. ¿Cómo debe instalarse un medidor de nivel ultrasónico en un tanque con cúpula?

Se debe prestar especial atención a las reflexiones múltiples en la parte superior de un tanque con cúpula.

Si se instala un medidor de nivel ultrasónico directamente en una posición donde es probable que se produzcan reflexiones concentradas, pueden generarse ecores complejos entre el techo cúpula y la superficie del líquido.

Según la experiencia que usted ha proporcionado, se puede considerar la instalación a aproximadamente 1/2 o 2/3 del radio del techo del tanque para evitar posiciones que puedan provocar múltiples reflexiones.

Esta proporción puede utilizarse como referencia práctica; no obstante, la posición real aún debe determinarse según:

• Dimensiones del tanque;

• Forma de cúpula;

• Ángulo del haz de la sonda;

• Obstáculos internos.

El principio fundamental es:

Evitar que la estructura del tanque genere ecoes de interferencia más intensos que el eco real entre el líquido y la superficie.

10.¿Cómo se debe instalar un medidor de nivel ultrasónico en un tanque cónico?

Para un recipiente cónico con boca plana en la que se requiera medir hasta el fondo cónico, el centro de la boca es generalmente una posición que conviene considerar primero.

Esto permite que la sonda se oriente directamente hacia la zona inferior del recipiente cónico.

No obstante, si el centro del recipiente contiene:

• Una tubería de entrada;

• Un eje de agitación;

• Estructuras internas;

la posición de instalación aún requiere ajustarse;

Por lo tanto, la «instalación central» debe considerarse como una opción preferente cuando la estructura del recipiente lo permita, y no como un requisito absoluto.

11. Errores comunes en la instalación de medidores de nivel ultrasónicos

En aplicaciones reales en campo, los problemas más frecuentes suelen deberse no a fallos del instrumento, sino a una instalación incorrecta.

Los errores comunes incluyen:

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cuál es la consideración más importante al instalar un medidor de nivel ultrasónico?

Primero, verifique el rango de medición y la zona ciega. Luego, asegúrese de que la sonda esté correctamente alineada con la superficie del líquido y evite que los conductos de entrada, las paredes del tanque u otros obstáculos entren en el área de cobertura del haz ultrasónico.

Q2: ¿Debe instalarse siempre un medidor de nivel ultrasónico a 0,3 m de distancia de la pared del tanque?

No necesariamente. Una distancia de 0,3 m puede utilizarse como referencia práctica en determinadas condiciones de instalación; no obstante, la distancia real debe determinarse en función del ángulo del haz, de la distancia de medición y del modelo específico del instrumento.

Q3: ¿Qué se debe hacer si el nivel líquido más alto entra en la zona ciega?

La altura de instalación de la sonda puede ajustarse; asimismo, puede utilizarse un tubo de extensión adecuado siempre que lo permita el fabricante. Las dimensiones del tubo de extensión no deben seleccionarse de forma arbitraria; de lo contrario, se pueden generar ecores adicionales.

Q4: ¿Por qué no se debe instalar un medidor de nivel ultrasónico directamente sobre una entrada?

El flujo de material que ingresa puede reflexionar y dispersar las ondas ultrasónicas; en tal caso, el instrumento podría confundir dicho flujo con la superficie del líquido, lo que podría provocar cambios bruscos o mediciones incorrectas.

Q5: ¿Por qué se debe utilizar un bucle de goteo para cables en instalaciones al aire libre?

Esta medida ayuda a evitar que el agua de lluvia o la condensación fluyan directamente a lo largo del cable hacia la entrada del cable del instrumento; se trata de una solución de impermeabilización sencilla y eficaz.

Q6: ¿Puede instalarse un medidor de nivel ultrasónico directamente en el centro de un tanque con cúpula?

No se recomienda instalarlo en ese lugar sin realizar una evaluación previa. Algunas estructuras con techo cúpula pueden generar múltiples reflexiones; por ello, se debe seleccionar una posición más adecuada en función de la estructura del tanque y de las condiciones de eco.

Resumen

La calidad de instalación de un medidor de nivel ultrasónico influye directamente en la estabilidad de las mediciones subsiguientes.

Los factores más importantes a tener en cuenta durante la instalación son:

Rango de medición, zona ciega, dirección de la sonda, posición de entrada, distancia respecto a la pared del tanque, obstáculos dentro del haz, tuberías de extensión, temperatura, impermeabilización exterior y protección contra rayos.

Para canales, tanques con cúpula y tanques conicos, la posición de instalación de la sonda también debe seleccionarse en función de la estructura del recipiente.

Algunas de las dimensiones y proporciones incluidas en su material de origen tienen un valor de referencia práctico; no obstante, el diseño final para un proyecto real debe basarse en la hoja de datos y en las instrucciones de instalación del modelo específico del medidor de nivel ultrasónico.

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