Medidor de nivel por radar frente a ultrasónico: diferencias, rendimiento y selección

Medidor de nivel por radar frente a medidor de nivel ultrasónico: diferencias, rendimiento y guía de selección.

Tanto los medidores de nivel por radar como los medidores de nivel ultrasónico se utilizan ampliamente para la medición de nivel sin contacto. Ambas tecnologías transmiten una señal hacia la superficie del producto, reciben el eco reflejado y calculan la distancia hasta la superficie del líquido o del material. La diferencia fundamental es que el radarutiliza ondas electromagnéticas, mientras que los instrumentos ultrasónicos emplean ondas sonoras mecánicas.

Esta diferencia afecta directamente el comportamiento de ambas tecnologías en aplicaciones que involucran cambios de temperatura, presión, vapor, vacío, polvo, espuma y geometrías complejas de recipientes. Por este motivo, la selección debe basarse en las condiciones reales del proceso, y no únicamente en el precio o el rango de medición.

1. ¿Cómo funcionan los medidores de nivel por radar y por ultrasonidos?

Medidor de nivel por radar

La antena transmite ondas electromagnéticas hacia la superficie del producto. La señal es reflejada por el líquido o el material en estado libre y luego captada por la antena.

El instrumento analiza la relación temporal o frecuencial entre las señales transmitidas y las señales reflejadas para determinar la distancia y calcular el nivel.

Medidor de nivel ultrasónico

El sensor transmite un pulso ultrasónico hacia la superficie del producto; la onda sonora se refleja y es recibida por el mismo sensor.

La distancia se calcula a partir del tiempo de ida y vuelta de la onda sonora y la velocidad correspondiente del sonido.

Las ondas electromagnéticas de radar no requieren de aire como medio de propagación. Por su parte, las ondas ultrasónicas son ondas mecánicas y deben propagarse a través de un medio gaseoso, líquido o sólido. Esta es una de las razones principales por las que ambas tecnologías se comportan de manera diferente en condiciones de vacío y de vapor complejo.

2. Medidor de nivel por radar frente a medidor de nivel ultrasónico: Comparación rápida

3.¿De qué manera influyen las propiedades del medio en las dos tecnologías? La medición por radar (

) está influenciada por las propiedades dieléctricas del medio ().del medio de proceso En general, una mayor reflectividad en el radar facilita la detección de la superficie del producto. Los medios de baja constante dieléctrica generan ecos más débiles y pueden requerir un análisis más cuidadoso del rango de medición, el diseño de la antena y el margen de señal.

No obstante, un valor bajo de la constante dieléctrica no implica automáticamente que la medición ultrasónica sea la opción más adecuada. La idoneidad para el uso ultrasónico también debe verificarse frente a los siguientes factores:

• Condiciones de vapor;

• Espuma;

• Composición del gas;

• Gradientes de temperatura;

• Condiciones de vacío o de presión.

Por tanto, la tecnología de medición debe seleccionarse en el contexto completo del proceso, y no basándose únicamente en una propiedad individual del material.

| 4. ¿Por qué la medición ultrasónica es más sensible a la temperatura? |

| Medidor de nivel ultrasónico |

| La velocidad del sonido en el aire varía según la temperatura; por este motivo, los instrumentos ultrasónicos suelen incorporar una compensación de temperatura. Los gradientes de temperatura significativos en recipientes de gran tamaño pueden seguir introduciendo un error adicional en las mediciones. Medidor de nivel por radar

La medición de la distancia mediante ondas electromagnéticas no depende de la velocidad del sonido, por lo que los cambios normales de temperatura no provocan el mismo tipo de error de propagación.

Esto no significa que los instrumentos de radar puedan funcionar en temperaturas ilimitadas. El límite real de temperatura del proceso sigue dependiendo de la antena, las juntas, la conexión del proceso y la electrónica del modelo seleccionado.

5. ¿Radar o ultrasonidos para aplicaciones con vapor?

El vapor es una de las condiciones de proceso en las que la diferencia entre ambas tecnologías adquiere especial relevancia.

Las señales ultrasónicas se propagan a través del espacio gaseoso situado sobre el producto. El vapor pesado, los gases volátiles o la variación en la composición del gas pueden alterar la velocidad del sonido y aumentar la atenuación, lo que reduce la estabilidad de las mediciones. El radar

utiliza ondas electromagnéticas y, por tanto, depende mucho menos de la composición del gas y de la velocidad del sonido. En general, es más adecuado para aplicaciones como:

• Recipientes para procesos químicos;

• Líquidos a alta temperatura;

• Medios volátiles;

• Procesos con vapor significativo.

La condensación severa, la acumulación de líquido en la antena y las temperaturas o presiones extremas aún requieren un instrumento de radar adecuadamente diseñado.

6. ¿Qué ocurre con los recipientes bajo vacío y bajo presión?

Los medidores de nivel ultrasónicos estándar requieren un medio gaseoso para la propagación de las ondas sonoras; por ello, en general, no son adecuados para recipientes bajo vacío o en condiciones de casi vacío.

El radar de espacio libre no depende del aire para su propagación y puede utilizarse en vacío, en recipientes presurizados o de alta presión, siempre que el instrumento seleccionado esté homologado para las condiciones del proceso.

Importante:No existe una presión máxima universal válida para todos los instrumentos ultrasónicos, ni todos los instrumentos de radar son adecuados para operar bajo alta presión. La presión y la temperatura permitidas deben confirmarse siempre en la ficha técnica específica del producto y en la clasificación de conexión para el proceso.

7. ¿Cómo afecta la espuma a las mediciones por radar y ultrasónicas?

La espuma puede afectar a ambas tecnologías, aunque el grado de influencia depende en gran medida de sus propiedades físicas.

Espuma fina y húmeda

En algunas aplicaciones aún puede obtenerse un eco utilizable, dependiendo del medio y de la calidad de la señal.

Espuma gruesa y seca

Puede absorber o dispersar señales ultrasónicas, y también puede debilitar la reflexión radar procedente de la superficie real del líquido.

Cambio de las condiciones de la espuma

Las cuencas de aireación, los fermentadores y los reactores de proceso deben evaluarse en función del comportamiento real de la espuma.

8. ¿Qué tecnología es más adecuada para silos con polvo y sólidos a granel?

Para sólidos granulares de polvo de grado moderado, tanto la medición por radar como la por ultrasonidos pueden ser adecuadas, dependiendo del rango de medición, el tamaño de las partículas y la geometría del silo.

En aplicaciones con alta concentración de polvo, como el cemento, el ceniz volátil y los polvos minerales, las partículas en suspensión pueden atenuar o dispersar significativamente las señales ultrasónicas. Por este motivo, el radar es generalmente la tecnología preferida para aplicaciones exigentes con materiales en estado sólido en gran volumen.

La medición del nivel de materiales en estado sólido en gran volumen también debe considerar los siguientes aspectos:

• Ángulo de reposo;

• Máximos y mínimos del material.

• Ubicación de llenado;

• Distancia respecto a la pared del silo;

• Acumulación de antena.

80GHz El radar, gracias a su haz estrecho, puede ofrecer ventajas adicionales de instalación en silos estrechos y recipientes con estructuras internas complejas.

¿El haz de radar es siempre más ancho que el haz ultrasónico?

No. El ancho del haz depende de la frecuencia del sensor, del tamaño de la antena o del transductor, y del diseño específico del instrumento.

Moderno 80GHz El radar puede generar un haz muy estrecho utilizando una antena relativamente pequeña, lo que lo hace adecuado para:

• Tanques estrechos;

• Recipientes altos y delgados;

• Instalaciones situadas cerca de las paredes de los tanques;

• Recipientes que contengan tuberías, vigas o soportes internos.

Por este motivo, la antigua norma de que «el radar de espacio libre no debe utilizarse en embarcaciones de eslora reducida» ya no es generalmente válida.

10. Selección rápida: ¿Radar o ultrasonidos?

11. Consideraciones de instalación para ambas tecnologías;

Evite el punto de llenado.

No permita que el flujo de llenado, el líquido salpicado o el material en estado libre caiga directamente a través del haz de medición.

Evite obstáculos fijos.

Los haces, tuberías, agitadores, escaleras y paredes de los recipientes pueden generar reflexiones no deseadas.

Verifique el nivel máximo.

El nivel más alto del producto debe mantenerse fuera de la distancia de bloqueo especificada por el instrumento o de su zona de campo cercano.

Verifique el trayecto de la haz.

No se debe basarse en un espacio libre entre paredes universal de 300 o 500 mm. La distancia requerida depende del ángulo de la haz, la altura del recipiente y la geometría real.

12. ¿Qué información se requiere para la selección?

Medio:

Líquido o sólido;
Nombre del medio.
Viscosidad
Espuma
Estado de la polvo

Recipiente

Altura
Diámetro
Conexión de proceso
Estructuras internas
Punto de llenado

Condiciones de proceso

Temperatura
Presión
Vapor
Vácuo
Agitación

Requisitos eléctricos

Fuente de alimentación
4-20mA
HART
RS485
Protección contra explosiones

Preguntas frecuentes: Medidor de nivel por radar frente a medidor de nivel ultrasónico

P1: ¿Cuál es la principal diferencia entre los medidores de nivel por radar y los medidores de nivel ultrasónicos?

A: El radar utiliza ondas electromagnéticas y no requiere aire como medio de propagación. La medición de nivel por ultrasonidos emplea ondas sonoras mecánicas y, por tanto, depende de un gas u otro medio para su propagación. Esta diferencia resulta especialmente importante en aplicaciones en vacío, en vapor o en condiciones de variación de temperatura.

P2: ¿Un líquido de baja constante dieléctrica siempre requiere un medidor de nivel ultrasónico?

A: No. Una constante dieléctrica baja puede reducir la intensidad del eco radar, pero aún es posible utilizar instrumentos radar adecuados, dependiendo del alcance, del diseño de la antena y del margen de señal disponible. Asimismo, las mediciones ultrasónicas deben evaluarse en función de la presencia de vapor, espuma o espacios gaseosos.

P3: ¿Se puede utilizar un nivelómetro ultrasónico en un tanque bajo vacío?

A: Los instrumentos ultrasónicos estándar generalmente no son adecuados, ya que las ondas sonoras requieren un medio de propagación. El radar no depende del aire y, por lo general, es la tecnología más adecuada para aplicaciones en vacío.

Pregunta 4: ¿Debería usar radar o ultrasonidos para un tanque de agua?

Ambos sistemas pueden funcionar eficazmente en un tanque de agua bajo condiciones atmosféricas estándar. La tecnología ultrasónica suele ser más económica para aplicaciones sencillas, mientras que el radar puede ser la opción preferida cuando se requieren condiciones como vapor, geometría compleja del recipiente, una distancia de bloqueo más corta o una mayor flexibilidad en el proceso.

P5: ¿Por qué el radar suele preferirse en aplicaciones que operan a altas temperaturas y bajo alta presión?

A: La medición de distancia mediante radar no depende de la velocidad del sonido en el gas, y los instrumentos de radar industriales están disponibles con conexiones de proceso diseñadas para condiciones exigentes de temperatura y presión. Los límites reales, no obstante, siguen dependiendo del modelo seleccionado.

P6: ¿Por qué el radar es más común en silos con alta concentración de polvo?

R: El polvo suspendido en gran cantidad puede debilitar considerablemente las señales ultrasónicas; por el contrario, el radar se utiliza ampliamente en aplicaciones con materiales polvosos, tales como cemento, polvos minerales, cenizas volantes, granos y otros sólidos a granel. No obstante, aún es necesario considerar el rango de medición, la superficie del material y el efecto de acumulación de la antena.

P7: ¿El radar siempre es más preciso que el ultrasónico?

R: No. Ambas tecnologías están disponibles en diferentes niveles de precisión. Un radar de alto rendimiento puede proporcionar mediciones a escala de milímetros, pero la precisión real depende del instrumento específico, del rango, de la instalación y de las condiciones del proceso.

Q8: ¿Qué información proporciona? METRAVON¿Necesita recomendar un nivelador por radar o por ultrasonidos?

A: Por favor, proporcione el medio, el rango de medición, la altura y el diámetro del recipiente, la temperatura, la presión, la presencia de vapor, espuma, polvo, condiciones de vacío, agitación, estructuras internas, conexiones del proceso y la señal de salida requerida. Estas condiciones se utilizan para determinar la tecnología de medición más adecuada.

Conclusión

Los medidores de nivel por radar y por ultrasonidos son tecnologías consolidadas de medición de nivel sin contacto, aunque se basan en principios físicos distintos.El radar ofrece, por lo general, un rango de aplicaciones más amplio en condiciones de vapor, vacío, altas temperaturas, alta presión, alta concentración de polvo y contenedores complejos, mientras que la medición ultrasónica sigue siendo una solución práctica y económica para muchos tanques de agua, cuencas, aplicaciones relacionadas con aguas residuales y otras instalaciones atmosféricas de diseño sencillo.

La selección no debería basarse únicamente en el precio, la precisión o el rango máximo. Para METRAVON Antes de elegir entre la medición de nivel por radar y la por ultrasonidos, deben evaluarse conjuntamente las aplicaciones, el medio, la temperatura, la presión, las condiciones del espacio gaseoso, la espuma, el polvo, la geometría del recipiente y las limitaciones de instalación.