Interruptores de nivel puntual: horquilla, capacitivos y flotador

Los interruptores de nivel puntual se dividen en cinco familias: horquilla vibrante, capacitivos, de flotador, de admitancia de RF y ópticos. Cada una presenta un modo de fallo dominante distinto y dos comparten el problema de las adherencias. Un interruptor de nivel puntual detecta presencia a una altura, no un valor continuo. Se utiliza para nivel muy alto, nivel muy bajo y protección de bombas en líquidos y sólidos secos, junto con un transmisor continuo independiente.

Clasificar los interruptores de nivel puntual según lo que detectan

Un interruptor de nivel puntual se elige por la magnitud física que cambia cuando el medio alcanza la sonda. Una horquilla detecta la amortiguación de un diente vibrante; los interruptores capacitivos y de admitancia de RF detectan cambios en la admitancia eléctrica entre sonda y pared del recipiente; un flotador detecta el empuje y mueve un contacto; uno óptico detecta la refracción en la punta de un prisma. Esta clasificación explica por qué un producto puede accionar un diseño y resultar invisible para otro.

Los cinco comparten una salida discreta con un sentido de seguridad definido. Ninguno informa cuánto ha subido el nivel por encima de la sonda y, por tanto, ninguno sustituye a un transmisor radar continuo para inventario o control. El interruptor añade un límite firme e independiente: una unidad de nivel muy alto situada por encima de la banda de trabajo dispara al subir el nivel aunque fallen el transmisor, su lazo de 4-20 mA o la escala del PLC. Esa independencia se pierde en cuanto comparte cable, tarjeta de entrada o alimentación con el equipo al que respalda.

Comparar modos de fallo en una misma tabla de medios

La tabla es una matriz de preselección, no una clasificación de mejor a peor. Indica una condición limitante típica de cada familia y el modo de fallo que más suele causar un estado erróneo. Si el medio incumple esa condición, la familia se descarta antes de discutir precio o cableado.

Estos son intervalos típicos de ingeniería para preselección, no especificaciones del producto. Confirme la constante dieléctrica, la densidad aparente, la viscosidad y la temperatura de proceso del medio real con la ficha técnica actual y la placa entregada antes de aceptar o descartar una familia.

Las dos últimas columnas importan: un interruptor que se rearma mientras el depósito sigue sobrellenado no ha protegido nada. Para nivel muy alto suelen preferirse familias con enclavamiento, como admitancia de RF y horquillas configurables. Los dispositivos ópticos o de flotador sin enclavamiento son adecuados para proteger bombas cuando se pretende un rearranque automático.

Descartar una tecnología por el medio y las adherencias

Empiece por el medio. No puede confiarse en un interruptor capacitivo con una constante dieléctrica inferior a unos 2, porque los estados cubierto y descubierto se aproximan demasiado para distinguirlos. Esta familia también exige recalibración al cambiar de producto. No debe utilizarse un flotador en líquidos que cristalicen, transporten sólidos o superen unos 1 000 mPa·s: el elemento móvil puede atascarse. No se debe especificar un interruptor óptico para congelación o cristalización, porque un prisma recubierto detecta líquido que ya no está. Una horquilla no es adecuada para polvos secos muy ligeros, por debajo de unos 50 kg/m³; las adherencias intensas pueden puentear sus dientes y mantener un estado cubierto permanente.

Llegado este punto debe abandonarse el método, no ajustarlo. Si el medio recubre todas las piezas en contacto o su constante dieléctrica y densidad aparente cambian con el lote, un dispositivo de un solo punto no puede ofrecer un estado fiable. Ajustar la sensibilidad o alargar el retardo no cambia la física. La admitancia de RF tolera mejor las adherencias que la capacitancia simple, pero una capa conductora aún puede anular la guarda.

Fijar el disparo a partir de la velocidad de llenado y el retardo de parada

Un interruptor a la altura correcta sigue fallando si el líquido lo rebasa antes de que cierre la entrada. Ejemplo con valores supuestos de la instalación (cálculo ilustrativo, no datos medidos en campo): un recipiente con 4.0 m² de superficie libre recibe 1.2 m³/min, por lo que la velocidad de ascenso es (1.2 / 60) / 4.0 = 0.005 m/s, o 5.0 mm/s. La cadena de parada suma 0.5 s de respuesta del interruptor, 0.3 s de ciclo del controlador y 3.0 s de carrera de la válvula: 3.8 s en total. Durante ese retardo el nivel sube 5.0 mm/s * 3.8 s = 19.0 mm.

• Añada margen para ondulación superficial y tolerancia de instalación; duplicar da 38 mm.
• Redondee al alza y sitúe el disparo de nivel muy alto al menos 50 mm por debajo del máximo admisible. Los 38 mm se redondean a 50 mm, dejando 12 mm para repetibilidad del disparo y tolerancia de instalación.
• Recalcule si aumenta la carrera de la válvula o el caudal de entrada.

Debe utilizarse el máximo caudal de entrada creíble y medirse toda la cadena de retardo, no tomarla de una única ficha. El botón de prueba solo comprueba la electrónica; no demuestra la barrera, la entrada del PLC ni la válvula. La prueba funcional debe mover el elemento final.

Mantener la alarma independiente del transmisor continuo

La independencia es una propiedad eléctrica y física, no una etiqueta. El interruptor de nivel muy alto debe tener un recorrido de cable independiente, otra entrada del PLC, otra barrera o aislador y, cuando sea viable, otra alimentación respecto al transmisor radar que protege. Compartir tarjeta de entrada o caja de conexiones permite que un fallo elimine a la vez lectura y alarma. Una alimentación común de 24 V DC con un solo fusible es un punto débil frecuente.

Las familias también difieren al comunicar fallos. Un equipo NAMUR de dos hilos puede señalar una línea rota, mientras que un simple contacto de relé no distingue un circuito abierto de un depósito seco si no se supervisa el lazo. Especifique el sentido de seguridad: para nivel muy alto, el disparo debe producirse al desenergizar el lazo, de forma que un cable cortado provoque alarma y no silencio. La página de cada interruptor indica la carga nominal y las salidas disponibles; un artículo sobre lógica de alarmas trata enclavamiento e intervalos de pruebas funcionales.

Comprobar montaje, carga y prueba funcional

En los interruptores puntuales, la instalación decide si una selección correcta funciona. Alinee las caras de los dientes con el flujo y monte unos 20° por debajo de la horizontal cuando el diseño lo permita. Si la boquilla está cerca de un punto de llenado, instale un deflector unos 200 mm por encima de la horquilla. En medios viscosos, el montaje vertical reduce las acumulaciones. Las entradas de cable deben apuntar hacia abajo y el sello de proceso debe soportar toda la presión y temperatura, incluido el vacío.

• Antes de reutilizar una salida de flotador o relé, compruebe que la capacidad nominal del contacto sea adecuada para la carga real, incluido el pico de conexión.
• Confirme que la cavidad de la boquilla deje libre recorrido a la sonda y espacio suficiente para extraerla.
• Verifique la banda de disparo y rearme tras limpiar; un prisma mojado o un diente recubierto pueden no volver al estado descubierto.
• Registre el estado inicial, el medio de prueba y la respuesta del elemento final.

El registro debe mostrar juntos el nivel, el estado del interruptor, la entrada del PLC y la posición de la válvula.

Preguntas frecuentes

P1. ¿Qué interruptores sirven para un líquido conductor con adherencias?

La primera opción suele ser la admitancia de RF con guarda activa, que reduce el efecto de la capa adherida. La horquilla es una segunda opción con viscosidad moderada. Debe descartarse la capacitancia simple, ya que una acumulación conductora parece un estado cubierto permanente. Valide el interruptor con más de una muestra.

P2. ¿Puede un interruptor puntual sustituir al transmisor radar continuo?

No. Solo informa de una altura; no proporciona el valor de nivel, la tendencia ni el inventario de un radar. Úselo como capa independiente de nivel muy alto o muy bajo, no como medición principal. Mantenga separados cables, entradas y alimentaciones para que un fallo no elimine ambos.

P3. ¿A qué distancia bajo el nivel máximo debe estar el interruptor de nivel muy alto?

Derívela de la velocidad máxima de llenado y el retardo de parada medido. En el ejemplo, 5.0 mm/s durante 3.8 s dan 19.0 mm; duplicar por ondulación y tolerancia da 38 mm, redondeados a 50 mm. Use el máximo caudal creíble y mida toda la cadena, desde la respuesta del interruptor hasta la carrera de la válvula.

P4. ¿Por qué dispara un interruptor capacitivo tras cambiar el producto?

Porque su calibración está vinculada a la constante dieléctrica del líquido original. Un er menor aproxima los estados cubierto y descubierto y puede impedir la detección; un er mayor o una capa conductora pueden mantenerlo cubierto. Verifique tras cada cambio de producto y descarte la familia si er cae por debajo de unos 2.

P5. ¿La alarma de nivel muy alto debe enclavarse o rearmarse automáticamente?

Para prevenir el sobrellenado, debe enclavarse con rearme manual. El rearme automático puede borrar la alarma mientras el depósito sigue por encima del disparo y retirar la protección antes de que el operador confirme el estado. El comportamiento sin enclavamiento sirve para protección de nivel muy bajo de bombas con rearranque automático previsto. Verifique ambos desconectando el hilo en la entrega.

P6. ¿Qué debe demostrar una prueba funcional?

Que funciona toda la cadena: el medio llega a la sonda, el interruptor cambia de estado, la barrera y la entrada del PLC lo registran y el elemento final se mueve. Pulsar el botón de prueba solo comprueba la electrónica. Registre nivel, estado del interruptor, estado de la entrada y posición de la válvula con medio de prueba y fecha.

RESUMEN

Los interruptores puntuales se eligen por eliminación: descarte una familia si el medio incumple sus límites dieléctricos, de densidad, viscosidad o adherencias, y después compruebe rearme e independencia eléctrica de la alarma. En el ejemplo de nivel muy alto, un ascenso de 5.0 mm/s durante 3.8 s de retardo consume 19.0 mm de espacio, de modo que 50 mm de separación de disparo es el mínimo defendible. El siguiente paso es incluir límites del medio, altura de disparo, sentido de seguridad y alcance de la prueba funcional en el plano del lazo.