Guia Completa de Sensors de Nivell: Tipus i Aplicacions

La mesura de nivell és fonamental en nombrosos processos industrials per al control i la seguretat de tancs i recipients. A continuació, es detallen els principals tipus de sensors de nivell, els seus principis de funcionament, avantatges i desavantatges.

Desplaçadors: Sensors de Nivell per Flotabilitat

Aquests interruptors (o sensors de nivell) s'utilitzen en tancs i recipients on cal conèixer si se supera o no un cert nivell. Ofereixen un millor comportament que els flotadors quan hi ha moviment en el líquid (per exemple, onades).

El principi de funcionament d'aquests sensors es basa en la flotabilitat. Un desplaçador, més dens que el líquid, se suspèn d'un ressort. Quan el líquid cobreix el desplaçador, el seu pes és suportat pel líquid, activant els interruptors que funcionen mitjançant imants. Aquest sistema permet detectar els valors de nivell superior i inferior. És un sistema no recomanat per a sòlids.

Flotadors: Mesura de Nivell amb Boies

Aquests sistemes es basen en un flotador o boia (menys densa que el líquid) que es desplaça verticalment amb el nivell del líquid. Aquest desplaçament es tradueix, mitjançant un interruptor, en un senyal elèctric o pneumàtic.

Normalment, els flotadors s'utilitzen per indicar el nivell mínim i màxim, tot i que també hi ha sistemes per indicar el nivell en cada punt. Són sistemes força inexactes i s'utilitzen normalment només per a la indicació, no per al control.

No estan recomanats per mesurar nivells de sòlids, ja que poden quedar enfonsats en el moment d'omplir el tanc.

És un sistema molt utilitzat per a tancs d'emmagatzematge, on només cal conèixer el valor màxim i mínim de nivell. Existeixen nombrosos equips per a gairebé totes les aplicacions (pressió i temperatura), tot i que no es recomanen per a tancs tancats a pressió.

Pressió Hidrostàtica: Mesura de Nivell Precisa

La pressió hidrostàtica del líquid al fons del recipient està directament relacionada amb el nivell del líquid, segons la fórmula: P = Po + ρ · g · h.

Si el tanc està obert a l'atmosfera, només cal fer una mesura al fons del tanc (Po = 1 atm). En canvi, si el tanc està a pressió, cal fer també una mesura a la part superior per obtenir el valor de Po. Si la densitat del líquid pot variar (contingut variable), es pot calcular l'alçada a partir de dues mesures a diferent alçada i la pressió del tanc.

És un sistema vàlid només per a líquids i és força precís. Establerta la relació entre pressió i alçada en cada cas, es pot utilitzar dins d'un llaç de control.

Bombolleig: Detecció de Nivell per Pressió d'Aire

Mitjançant un tub amb un regulador de cabal, submergit al dipòsit fins al nivell mínim desitjat, es fa passar aire o gas inert, produint un corrent continu de bombolles.

La pressió requerida per produir aquest flux continu de bombolles és una mesura de la columna de líquid i, per tant, del nivell.

És un sistema molt utilitzat en aplicacions on s'utilitzen líquids corrosius o materials en suspensió. Gens aconsellable per a líquids volàtils i que generin escumes. Tampoc és utilitzat per a tancs a pressió, ja que la variació de pressió al tanc falseja la mesura.

Ultrasons: Mesura de Nivell Sense Contacte

Sensor d'ones sonores d'alta freqüència (10-70 KHz) que es propaga en fase gas fins que xoca amb el líquid o sòlid. L'ona es reflecteix i l'eco és detectat pel receptor, situat al mateix punt que l'emissor.

El temps que tarda l'eco entre l'emissió i la recepció és proporcional al nivell. Són capaços de realitzar una mesura amb atmosferes molt carregades de pols o humitat.

La temperatura afecta la mesura; per tant, cal compensar-la amb una mesura constant d'aquesta variable.

Tot i que el més comú és instal·lar-lo a la part superior de l'equip, també es pot realitzar la mesura des de la part inferior, on es detectarà el canvi de medi.

S'han d'evitar els obstacles en el recorregut de les ones i són sensibles a l'aparició d'escumes.

Radar de Microones: Mesura de Nivell en Condicions Extremes

El sensor de nivell per radar de microones és capaç de mesurar el nivell de sòlid o líquid sota les condicions de treball més extremes.

Un pols electromagnètic és llançat i guiat a través d'una vareta o cable metàl·lic que actua com a línia de transmissió de l'ona. Quan aquesta ona percep una discontinuïtat en el medi (per exemple, un canvi en la constant dielèctrica entre el medi "aire" i el producte de procés "líquid"), part d'aquest senyal és reflectida i analitzada pel sensor.

La constant dielèctrica és la capacitat d'un medi per emmagatzemar càrrega elèctrica. Cada producte té una constant dielèctrica diferent, sent, per exemple, 1 al buit i 80 per a l'aigua. Les ones electromagnètiques es desplacen a una velocitat coneguda al buit. Quan aquestes ones es desplacen en un altre medi, la velocitat es redueix en funció de la seva constant dielèctrica.

El principal desavantatge del sistema és la dificultat de mesurar correctament líquids o sòlids amb una constant dielèctrica molt baixa (menor de 2.5), com poden ser els hidrocarburs.

Llum/Làser: Sensors de Nivell Òptics

Aquests sensors de nivell són operatius únicament en la mesura de nivell de líquids transparents, quan es desitja conèixer el nivell exacte. Si només es vol mesurar si s'ha superat o no un cert nivell, són útils per a qualsevol líquid o sòlid.

Per la seva reduïda mida i fàcil instal·lació, són molt utilitzats en recipients petits. Necessiten un receptor o sistema de reflexió a l'altre extrem del tanc per comprovar si el senyal ha estat capaç de travessar el medi i, si ho ha fet, a quina velocitat.

Normalment s'utilitzen per indicar si s'ha superat un cert nivell i no s'aconsella la seva utilització de forma vertical, ja que només que una gota condensi sobre l'emissor, el senyal de mesura serà erroni.

No és afectat per canvis de temperatura o pressió, ni per la constant dielèctrica del material mesurat.

Capacitat: Mesura de Nivell per Constant Dielèctrica

Es basa en la mesura de la capacitància d'un condensador quan varia el medi dielèctric entre les dues plaques. Això s'aconsegueix utilitzant el tanc metàl·lic com una de les plaques i el mateix sensor com l'altra (no han d'entrar en contacte directe).

En el cas que el tanc no sigui metàl·lic, el problema se soluciona introduint dues sondes.

Es relaciona de forma directa la quantitat d'energia que flueix entre les dues plaques i la quantitat de material existent.

Aquest valor, però, depèn de la constant dielèctrica del medi. Si les condicions d'operació varien (variacions de composició, temperatura, humitat, pressió), el valor de la mesura serà erroni (amb més o menys intensitat en funció de la variació de la constant dielèctrica).

Normalment són emprats per conèixer el valor exacte del nivell; no obstant això, també poden ser utilitzats com a interruptors de nivell (ON-OFF).

Conductivitat/Admitància RF: Detecció de Nivell per Contacte

Consta d'una sonda amb dos elèctrodes que, quan entren en contacte amb el líquid conductor, tanquen el circuit i generen un senyal. Així doncs, només serà útil per a líquids polars com l'aigua i no és útil per a líquids que no condueixen el corrent elèctric (apolars), com els olis.

El seu ús més comú és com a interruptor de nivell per a recipients on els líquids siguin conductors i que no siguin ni molt viscosos ni corrosius.

Amb menor freqüència, també són emprats per a la mesura contínua del nivell del tanc. Això s'aconsegueix col·locant múltiples parelles d'elèctrodes a diferents alçades del líquid. En aquest cas, la barra del sensor ha de ser prou llarga per cobrir tota la zona de mesura desitjada.