Tipos de instrumentos de medición de nivel: principios, características y guía de selección

La medición de niveles se utiliza ampliamente en el procesamiento químico, el tratamiento de aguas, la producción de alimentos y bebidas, la industria farmacéutica, la gestión del agua en el sector agrícola, la minería, los sistemas de almacenamiento y la automatización industrial. Se requieren diferentes tecnologías de medición en función del medio, la estructura del tanque, la temperatura, la presión y el entorno de instalación.

Entre las tecnologías más comunes se encuentran la medición de nivel hidrostática, la ultrasonica, la de flotación, la por radar, la de admisión en RF y la capacitiva. Ninguna tecnología es adecuada para todas las aplicaciones; por ello, la selección debe tener en cuenta las condiciones del proceso, el rango de medición, los requisitos de instalación, la salida de señal y los requisitos de mantenimiento.

1. Medición de nivel hidrostática

La medición de nivel hidrostática determina el nivel de un líquido a partir de la presión generada por la columna de líquido.Cuando la densidad del líquido se mantiene relativamente constante, el aumento de la altura del líquido provoca un incremento proporcional en la presión hidrostática.

Principio de medición simple

Adecuado para la medición continua del nivel de líquido.

Aplicaciones típicas

Tanques de agua, reservorios, pozos y sistemas de almacenamiento industrial.

Estabilidad del proceso

La espuma, el vapor y la turbulencia superficial no afectan directamente la medición de presión.

Integración del sistema

Los modelos industriales pueden ofrecer salidas de 4-20mA o RS485.

La medición hidrostática se ve afectada por la densidad del líquido. Si la densidad varía significativamente debido a la temperatura, la concentración o la composición del proceso, El nivel calculado también puede desplazarse. Para tanques cerrados bajo presión, puede ser necesaria la compensación de la presión en fase gaseosa o la medición de presión diferencial.

: Medición de nivel por ultrasonidos.

Los transmisores de nivel ultrasónicos son, por lo general, instrumentos sin contacto. El sensor emite un pulso ultrasónico hacia la superficie del líquido o del sólido y mide el tiempo de propagación de la señal reflejada. La distancia medida se convierte entonces en un nivel según la altura de referencia de instalación.

Medición sin contacto

El sensor normalmente no mantiene contacto directo con el medio de proceso.

Aplicaciones con líquidos y algunos sólidos

Adecuada para tanques, bacinas, sistemas de aguas residuales, canales abiertos y ciertos tipos de sólidos en estado libre.

Instalación relativamente sencilla

Ideal para aplicaciones a presión atmosférica en condiciones de aire estables.

Integración de automatización

Puede conectarse a PLC, RTU, registradores de datos y sistemas de monitoreo remoto.

Dado que las señales ultrasónicas se propagan a través del espacio gaseoso situado sobre el proceso, Los cambios de temperatura, el vapor, la espuma, el flujo de aire intenso, el polvo, la turbulencia superficial y las obstrucciones internas pueden afectar la estabilidad de la medición.

3. Medición de nivel por flotación

Los instrumentos de nivelación por flotación aprovechan el principio de flotación para detectar variaciones en el nivel del líquido. A medida que el líquido asciende o desciende, el flotador se desplaza en consecuencia y su posición se convierte en una señal de nivel mediante acoplamiento magnético. enlace mecánico, interruptores de lámina o otros métodos de detección.

Principio mecánico directo.

Utilizado comúnmente en aplicaciones convencionales de nivel de líquido.

Independiente de la constante dieléctrica.

Adecuado para muchos líquidos estándar.

Permite mediciones puntuales o continuas.

Puede emplearse tanto en interruptores de nivel como en indicación continua del nivel.

Dado que el flotante está en contacto directo con el medio, la viscosidad, la corrosión y los sólidos, Se deben considerar la cristalización, los depósitos y el espacio de movimiento disponible. Los medios de alta viscosidad o propensos a la acumulación de residuos pueden restringir el movimiento del flotador.

: 4. Medición de nivel mediante radar.

: Los transmisores de nivel por radar emplean ondas electromagnéticas de alta frecuencia para la medición de nivel sin contacto. La antena emite una señal de radar hacia la superficie del proceso, y la señal reflejada se analiza para calcular el nivel real de líquido o sólido.

Medición sin contacto

Adecuado tanto para líquidos como para sólidos en estado masivo.

Adecuado para condiciones más exigentes.

En general, es menos sensible que la medición ultrasónica a variaciones de temperatura, presión y vapor.

No cuenta con piezas móviles mecánicas.

Adecuado para mediciones continuas a largo plazo.

Amplio rango de aplicaciones.

Se utiliza en tanques, silos, tratamiento de agua, procesos químicos y aplicaciones mineras.

La reflexión del radar sigue estando influenciada por la constante dieléctrica y la posición de instalación. Geometría del tanque y ecos no deseados. Los medios de baja permitividad o los recipientes complejos pueden requerir una selección cuidadosa de la frecuencia de radar, el diseño de la antena y la posición de instalación.

5. Medición del nivel de admitancia de RF

Los instrumentos de medición del nivel de admitancia de RF detectan cambios en las características eléctricas entre una sonda y el recipiente. Normalmente utilizan una sonda de contacto y pueden aplicarse a líquidos, lodos, polvos y materiales granulares.

Soporta múltiples tipos de medios.

Adecuada para líquidos, lodos, polvos y granulos.

Detección puntual de niveles.

Se utiliza frecuentemente tanto para alarmas de alto como de bajo nivel.

: Es aplicable a ciertos medios de recubrimiento.

: Con un diseño adecuado, puede soportar determinadas condiciones de recubrimiento o acumulación.

: La medición de la admitancia de RF puede verse afectada por las propiedades eléctricas del medio. Recubrimiento de la sonda y geometría de instalación. Las aplicaciones que presenten cambios dieléctricos significativos o un acumulado severo deben ser calibradas y verificadas bajo condiciones reales de proceso.

6. Medición de nivel capacitiva

Los instrumentos de nivel capacitivos miden los cambios en la capacitancia cuando un material entra en la zona de detección situada entre la sonda y el electrodo de referencia. La constante dieléctrica del medio de proceso influye directamente en la respuesta de capacitancia.

Líquidos y sólidos seleccionados

Adecuada para diversos líquidos, polvos y materiales granulares.

Estructura compacta

Útil para recipientes y instalaciones de pequeño tamaño con espacio limitado.

Medición continua o puntual

Puede configurarse para la detección continua o puntual del nivel.

La medición capacitiva es sensible a la constante dieléctrica y a la composición del producto. acumulación de la sonda, humedad y geometría de instalación Cambios significativos en las propiedades del medio pueden requerir una recalibración.

7.Comparación de tecnologías comunes de medición:

Tecnología;	Tipo de medición;	Medio típico;	Principales ventajas;	Principales limitaciones;
Medición hidrostática;	Medición por contacto;	Medición en líquidos;	Simple, estable y adecuada para aplicaciones en aguas profundas;	Influenciada por la densidad del líquido;
Medición ultrasónica;	Medición sin contacto;	Líquidos y otros casos seleccionadosSólidos	Instalación sencilla y sin contacto directo con el proceso	Influido por espuma, vapor, temperatura y flujo de aire
Flotante	En contacto	Líquidos	Principio directo y independiente de la constante dieléctrica	El movimiento mecánico puede verse afectado por depósitos o por una alta viscosidad
Radar	Sin contacto	Líquidos y sólidos	Adecuado para condiciones de proceso más exigentes	Requiere considerar la constante dieléctrica y los ecos no deseados
Admitancia de RF	Contacto	Líquidos, pulpas,Polvos y gránulos	Adecuado para diversos materiales industriales y detección a nivel de punto	Influenciado por el acúmulo de material y las propiedades eléctricas del medio
Tipo capacitivo	Tipo de contacto	Para líquidos y sólidos	Instalación compacta y flexible	Sensible a la constante dieléctrica y al recubrimiento de la sonda

8. Cómo seleccionar una tecnología de medición de nivel:

Tanques de agua, embalses y pozos;

Según las condiciones de instalación y de proceso, se puede optar por mediciones hidrostáticas, ultrasónicas o por radar.

Sistemas de aguas residuales y efluentes;

Deben considerarse la espuma, el lodo, la corrosión y los materiales flotantes; en condiciones más exigentes, puede evaluarse el uso de radar.

Tanques de almacenamiento industrial.

Para tanques en condiciones atmosféricas normales, se pueden utilizar mediciones ultrasónicas, por radar o hidrostáticas; en cambio, en procesos que operan a temperaturas o presiones más elevadas, puede ser necesario emplear mediciones por radar, por radar de ondas guiadas o por diferencia de presión.

Silos para materiales sólidos en estado libre.

Se pueden seleccionar el radar, la detección ultrasónica, la detección de nivel por admisión de RF o la detección de nivel capacitiva, en función de la presencia de polvo, el rango de detección y las propiedades del material.

Vasos pequeños y detección a nivel de punto

Los interruptores flotantes, los interruptores capacitivos o los interruptores de nivel de admitancia de RF pueden ser adecuados.

9. Información requerida para la selección de instrumentos de nivel:

– Parámetro de selección;	– Información para confirmar;
– Medio de proceso	Estado físico: líquido, suspensión, polvo o gránulos; Tipo de medición:
; Medición continua o alarma en punto:	; Rango de medición:
; Nivel mínimo y máximo:	; Propiedades del medio:
; Densidad, constante dieléctrica, viscosidad y grado de corrosividad:	; Temperatura del proceso:
	Temperatura de funcionamiento normal y máxima
Presión de proceso	Condiciones atmosféricas, de presión positiva o de vacío
Condiciones ambientales	Vapor, espuma, polvo, condensación y vibración
Método de instalación	Montaje superior, montaje lateral, sumergible o mediante brida
Señal de salida	4-20mA, RS485, relé u otras salidas industriales
Integración del sistema	PLC,RTU, SCADA o plataforma IoT:

– Preguntas frecuentes;

– Pregunta 1: ¿Qué tecnología de medición de nivel es adecuada para la medición convencional del nivel de agua?

A1: Se pueden utilizar instrumentos hidrostáticos, ultrasónicos y de radar. La elección final depende del rango de medición, así como de las condiciones de instalación y del proceso.

Q2: ¿Cuál es la principal diferencia entre la medición de nivel por ultrasonidos y la por radar?

A2: Los instrumentos ultrasónicos emplean ondas sonoras, mientras que los de radar utilizan ondas electromagnéticas. El sistema de radar es generalmente menos sensible a los cambios de temperatura, presión y presión de vapor.

Q3: ¿Se ve afectada la medición del nivel hidrostático por la densidad del líquido?

A3: Sí. El nivel hidrostático se calcula a partir de la presión de la columna de líquido, por lo que cambios significativos en la densidad pueden afectar el nivel calculado.

P4: ¿Los instrumentos de nivel por radar pueden medir sólidos en estado libre?

A4: Sí. Los instrumentos de nivel por radar se utilizan ampliamente tanto para líquidos como para sólidos en estado libre en tanques y silos.

P5: ¿Por qué es importante la constante dieléctrica para la medición de nivel capacitiva?

A5: La medición capacitiva depende de los cambios en la capacitancia provocados por el medio de proceso; por tanto, la constante dieléctrica influye directamente en la respuesta.

Q6: ¿Qué tecnología debería considerarse cuando se presenta espuma?

A6: La selección depende del espesor de la espuma y de las condiciones del proceso. Una espuma de mayor espesor puede debilitar los ecos ultrasónicos; por ello, podría ser necesario evaluar el uso de mediciones por radar o por contacto.

Q7: ¿Todos los instrumentos de nivelación pueden conectarse a un PLC?

A7: Depende de la configuración de sus salidas. Los instrumentos que disponen de salidas de 4-20mA, RS485 Modbus o relés suelen poder integrarse con PLC s, RTUs o sistemas de adquisición de datos.

— Conclusión

Los instrumentos de nivel hidrostático, ultrasónico, de flotación, radar, de admisión en RF y capacitivos se basan en principios de medición distintos y son adecuados para diferentes condiciones de proceso. La medición hidrostática es adecuada para líquidos cuya densidad es relativamente estable. La medición ultrasónica resulta útil en numerosas aplicaciones no contactivas con líquidos y ciertos sólidos. Los instrumentos flotantes ofrecen una solución mecánica directa para líquidos comunes; El radar es adecuado para condiciones más exigentes en tanques y silos; Asimismo, la admittance en radiofrecuencia y las tecnologías capacitivas se utilizan habitualmente para mediciones de contacto específicas y detección en puntos concretos.

La selección adecuada debe tener en cuenta el medio de proceso, el rango de medición, la temperatura, la presión, la espuma, el vapor, el polvo, las condiciones de instalación, la señal de salida y los requisitos de integración del sistema. METRAVON Los productos de medición de niveles pueden integrarse con PLC s, RTUs,SCADA sistemas y plataformas de IoT industrial para tanques de líquidos, sistemas de tratamiento de agua, procesos industriales y aplicaciones con materiales en estado sólido en grandes cantidades.