Comparativa en Sensores de Nivel: Tecnología Ultrasónica & Radar

En la industria moderna, es inconcebible encontrarnos un entorno industrial donde no existan sensores o instrumentos de medición. La instrumentación industrial nos permite controlar y supervisar todo tipo de industrias y es fundamental en el crecimiento y el desarrollo de la ingeniería y la tecnología. Este conjunto de equipos y dispositivos se utiliza para medir, convertir, registrar y transmitir variables cruciales en un proceso industrial, permitiendo a los ingenieros y técnicos evaluar y controlar con precisión todos los sistemas. En este contexto, los sistemas de medición y control de procesos industriales son muy versátiles y nos pueden proveer de muchísima información valiosa; presión, temperatura, flujo, nivel, velocidad, peso, humedad, pH, conductividad y muchísimos otros parámetros.

La instrumentación no solo se limita a medir y controlar, sino que también se extiende a la adquisición de datos y la automatización, mejorando la velocidad y eficiencia de los procesos de medición y control a un costo reducido. Los avances tecnológicos han permitido desarrollar dispositivos complejos de instrumentación que posibilitan una medición, control y monitoreo profundos y altamente precisos en sistemas industriales. Además, estos instrumentos garantizan una consistencia y repetibilidad de las mediciones, lo que facilita la toma de datos en tiempo real.

En una variedad de industrias, como la química, la petroquímica, la generación de energía o la manufactura, la instrumentación industrial es fundamental. Permite a los ingenieros supervisar y ajustar parámetros cruciales, mantener altos niveles de seguridad, cumplir con regulaciones y estándares, y mejorar la eficiencia operativa.

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Hoy comentaremos sobre el sensor de nivel, un tipo de sensor muy común de encontrar, sobre todo cuando se utilizan métodos mecánicos o bajo condiciones de presión y temperaturas cercanas a las ambientales. Un sensor de nivel es un dispositivo usado para medir y detectar el nivel de un líquido, sólido o material en un recipiente, tanque o contenedor. Este tipo de sensor proporciona información sobre cuánto contenido hay en el recipiente en un momento dado. Pueden emplear varios principios de detección, pero nos centraremos en las más empleadas cuando existen condiciones especiales en la zona de medición.

Medición de Nivel en codiciones especiales

Cuando se trata de lugares no “cotidianos”, es decir, situaciones en las que las condiciones son más desafiantes, peligrosas o donde se manejan materiales poco comunes, los sensores de nivel tradicionales pueden presentar limitaciones. Es aquí donde entran en juego los sensores de nivel de ultrasonido y radar, ofreciendo soluciones más avanzadas y robustas para la medición.

Pongamos ejemplos:

Condiciones Extremas: En entornos industriales donde las temperaturas o presiones son extremas, los sensores de nivel convencionales pueden sufrir daños o presentar mediciones imprecisas. Los sensores de ultrasonido y radar son capaces de soportar una amplia gama de condiciones extremas, ya sea en altas temperaturas o en aplicaciones de alta presión.

Materiales Peligrosos: Si se manejan sustancias peligrosas, corrosivas o tóxicas, es esencial evitar cualquier contacto directo con el sensor. Los sensores de ultrasonido y radar ofrecen mediciones sin contacto, lo que evita la exposición del sensor a estos materiales y garantiza la seguridad del entorno de trabajo.

Medición de Sólidos: En situaciones donde se necesita medir el nivel de sólidos, como polvos, gránulos o materiales a granel, los sensores tradicionales pueden enfrentar dificultades debido a las propiedades de los sólidos. Los sensores de ultrasonido y radar pueden atravesar la superficie irregular de los sólidos y proporcionar mediciones precisas.

Interferencias: En entornos industriales complejos, con humo, polvo, vapor o vapores químicos en el aire, los sensores de nivel convencionales pueden sufrir interferencias que afecten la precisión de las mediciones. Los sensores de ultrasonido y radar son menos susceptibles a estas interferencias debido a su capacidad para emitir y recibir ondas a través de obstáculos.

Aplicaciones Marinas: En aplicaciones marinas, como la industria petrolera y gasífera en plataformas offshore, los sensores de nivel tradicionales pueden estar expuestos a condiciones climáticas severas y ambientes salinos. Los sensores de ultrasonido y radar son resistentes a estas condiciones y pueden proporcionar mediciones precisas en entornos marinos.

Automatización y Control Preciso: En muchas aplicaciones industriales, especialmente aquellas que requieren automatización y control preciso, como en la industria química o de alimentos, los sensores de ultrasonido y radar permiten una monitorización continua y en tiempo real de los niveles, lo que contribuye a la eficiencia del proceso.

Flexibilidad en Distancias y Recipientes: Los sensores de ultrasonido y radar son versátiles en términos de distancia de medición y tipos de recipientes. Pueden utilizarse en tanques pequeños o grandes silos, cubriendo un amplio rango de distancias de medición.

En su funcionamiento, los sistemas de medición de nivel emiten ondas, ya sean ultrasónicas o microondas, que se reflejan en el material que se desea medir. La medición se basa en el tiempo que tarda la onda en regresar al sensor, lo que se conoce como tiempo de vuelo.

En la elección entre tecnologías como ultrasonidos y radar, factores clave deben considerarse. Los ultrasonidos emiten ondas mecánicas que requieren un medio para propagarse, generalmente aire. Por otro lado, el radar emplea microondas electromagnéticas que pueden propagarse en el vacío, lo que lo hace menos susceptible a variaciones de temperatura y presión.

La aplicación varía en función de la industria. En la industria química, por ejemplo, se utiliza para controlar reacciones químicas en reactores. En la industria alimentaria, es esencial para monitorear el nivel de ingredientes en tanques. En la industria de energía, juega un papel en la gestión de combustibles y aceites. Y en la minería, se aplica para controlar los niveles de pulpa en tanques.

La medición de nivel es una tarea esencial en una amplia variedad de industrias y aplicaciones. Esta medición proporciona información valiosa para el control de procesos, la monitorización de inventario, la seguridad y el cumplimiento normativo.

Principales industrias y áreas donde la medición de nivel es fundamental:

Industria Química y Petroquímica: En la fabricación de productos químicos y petroquímicos, la medición de nivel se utiliza para controlar el llenado y vaciado de tanques de almacenamiento y reactores, así como para garantizar la seguridad al evitar sobreflujos.
Industria Alimentaria y de Bebidas: En la producción de alimentos y bebidas, la medición de nivel se aplica en tanques de almacenamiento de ingredientes, silos de granos, equipos de procesamiento y sistemas de envasado.
Industria del Agua y Aguas Residuales: En plantas de tratamiento de agua y aguas residuales, la medición de nivel se emplea para monitorizar los niveles de líquidos en tanques de almacenamiento, estaciones de bombeo y reactores biológicos.
Industria Farmacéutica: En la fabricación de productos farmacéuticos, la medición de nivel es vital para garantizar dosificaciones precisas y la seguridad en la manipulación de productos químicos y reactivos.
Energía: En la generación de energía, ya sea en plantas de energía térmica, nuclear o renovable, la medición de nivel se utiliza en calderas, reactores nucleares, tanques de almacenamiento de combustible y sistemas de refrigeración.
Industria Automotriz: En la fabricación de automóviles, la medición de nivel se aplica en la gestión de fluidos como aceites, refrigerantes y combustibles.
Industria de Procesamiento de Metales: En la producción de metales, la medición de nivel se utiliza para controlar los niveles de líquidos en procesos de galvanización, decapado y tratamiento térmico.
Industria del Petróleo y Gas: En la exploración, producción y refinación de petróleo y gas, la medición de nivel se emplea para monitorear tanques de almacenamiento, recipientes de proceso y sistemas de transporte.
Industria de Pulpa y Papel: En la fabricación de pulpa y papel, la medición de nivel se aplica en tanques de almacenamiento de pulpa, digestores y otros equipos de procesamiento.
Industria de Minería y Minerales: En la minería y el procesamiento de minerales, la medición de nivel se utiliza para controlar los niveles de pulpas en tanques y reactores.
Industria de Fabricación en General: La medición de nivel se aplica en muchas otras industrias para controlar líquidos y sólidos en diversos procesos de producción y almacenamiento.

Principio de Funcionamiento y Usos Comunes

Ya comentamos brevemente el principio de funcionamiento, pero comentemos de forma independiente cada una de las tecnologías…

Tecnología Ultrasónica: Los sensores ultrasónicos emiten ondas mecánicas de ultrasonidos que viajan a través del aire u otro medio. Estas ondas se reflejan en la superficie del líquido o sólido y regresan al sensor. Midiendo el tiempo que lleva que estas ondas viajen hacia arriba y vuelvan, el sensor puede calcular la distancia y, por lo tanto, el nivel del material. Los sensores ultrasónicos son comunes en aplicaciones de control de inventario, monitorización de tanques y en la industria alimentaria y de bebidas.

Tecnología Radar: La tecnología radar emite microondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz. Estas microondas se reflejan en la superficie del material y regresan al sensor. Midiendo el tiempo de vuelo de estas microondas, el sensor puede determinar la distancia y, por lo tanto, el nivel del líquido o sólido. Los radares son ideales para aplicaciones donde las condiciones ambientales son extremas, como la industria química, petroquímica y de procesamiento de alimentos, así como en aplicaciones marítimas y de energía.

En última instancia, la elección entre tecnología ultrasónica y radar dependerá de las condiciones específicas de la aplicación y las necesidades de medición. Cada tecnología tiene sus ventajas y limitaciones, y entender estas diferencias es esencial para seleccionar la solución más adecuada para garantizar mediciones precisas y confiables en entornos industriales y de control de procesos.

A continuación, se presenta una tabla que resume las diferencias entre los sensores de ultrasonidos y sensores de radar en términos de principio de funcionamiento, ventajas y usos comunes en la industria:

Aspecto	Sensores de Ultrasonidos	Sensores de Radar
Principio de Funcionamiento	Emiten ondas ultrasónicas y miden el tiempo de vuelo para determinar la distancia al objeto.	Utilizan microondas electromagnéticas y miden el tiempo de vuelo para calcular la distancia.
Medio de Propagación	Requieren un medio para la propagación, generalmente aire.	Las microondas se propagan en el vacío y no requieren un medio.
Influencia Ambiental	Sensibles a variaciones de temperatura, presión y humedad.	Menos afectados por cambios ambientales.
Espuma, Suciedad y Condensación	Pueden afectar la calidad de la señal, causando reflexiones erróneas.	Pueden causar reflexiones erróneas, pero en menor medida que en ultrasonidos.
Ruidos	Sensibles a interferencias acústicas y eléctricas.	Menos susceptibles a interferencias en entornos difíciles.
Tipos de Materiales	Funcionan bien con líquidos, sólidos y materiales granulares.	Ideales para líquidos y sólidos, especialmente en ambientes difíciles.
Reflectividad	Afectados por la reflectividad de los materiales.	Menos afectados por la reflectividad de los materiales.
Precisión	Precisos en mediciones estándar, menos en situaciones complicadas.	Mayor precisión, especialmente en líquidos y entornos difíciles.
Distancia de Medición	Adecuados para distancias cortas y medias.	Aptos para distancias cortas, medias y largas.
Usos Comunes en la Industria	Ampliamente utilizados en aplicaciones de nivel de líquidos y sólidos.	Empleados en la medición de nivel en líquidos y sólidos en una variedad de industrias.
Industria Química	Control de reacciones químicas en reactores.	Monitoreo de sustancias químicas corrosivas.
Industria Alimentaria	Monitoreo de niveles de ingredientes en tanques.	Seguimiento de niveles de líquidos en tanques.
Industria Energética	Gestión de combustibles, aceites y líquidos.	Control de almacenamiento de líquidos y sólidos.
Industria Minera	Control de niveles de pulpa en tanques.	Medición de niveles en ambientes extremos.
Costo	Generalmente más económicos en comparación con radar.	Suelen ser más costosos debido a su tecnología.
Condiciones Extremas	Menos adecuados para entornos hostiles.	Ideales para ambientes extremos y aplicaciones en el exterior.
Interferencias	Sensibles a interferencias acústicas y eléctricas.	Menos susceptibles a interferencias en entornos difíciles.
Velocidad de Medición	Más lentos en comparación con radar debido a la velocidad del sonido.	Más rápidos debido a la velocidad de las microondas.
Efecto de Espuma, Suciedad y Condensación	Puede causar errores en la medición debido a la reflexión de las ondas.	Puede causar errores, pero en menor medida que en los ultrasonidos.