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Sean bienvenidos a un nuevo vídeo de Este canal de automatización Industrial. Hoy vamos a estar analizando qué son los sensores de nivel.
Los sensores de nivel son uno de los sensores más utilizados en la industria porque son muy importantes, y ya vamos a ver por qué. También vamos a ver sus tipos y las principales diferencias entre ellos. Empecemos.
¿Qué son los sensores de nivel? Un sensor de nivel industrial es un dispositivo que se utiliza para medir y controlar el nivel de líquidos, sólidos o gases en tanques o en contenedores de aplicaciones industriales. Estos sensores son ampliamente utilizados en procesos industriales para controlar el flujo de líquidos y materiales, evitar el exceso o la falta de llenado y garantizar la seguridad de un proceso.
Para analizar los sensores de nivel, necesitamos primero saber dos conceptos básicos. El primero es la diferencia entre una medición puntual versus una medición continua. La diferencia principal entre la medición puntual y la continua en los sensores de nivel es la frecuencia con la que se realiza la medición.
Una medición puntual se refiere a una medición única del nivel en un momento específico. Esto significa que se toma una medición en un instante determinado, sin considerar cómo puede estar variando el nivel con el tiempo. Los sensores de nivel que realizan mediciones puntuales son útiles para aplicaciones donde se necesita saber el nivel en un momento específico. Por ejemplo, si ponemos un sensor de nivel en el tope de nuestro tanque, nos ayudará a saber cuándo se está por desbordar o cuándo ha llegado al tope máximo.
Por otro lado, una medición continua implica la medición del nivel de forma constante o periódica a lo largo del tiempo. Los sensores de nivel que realizan mediciones continuas proporcionan información sobre cómo y al nivel de líquido o material a lo largo del tiempo. Esta información se puede utilizar para controlar el proceso de llenado o para detectar cambios en el nivel que puedan indicar problemas en el proceso. En resumen, los sensores de nivel que realizan mediciones puntuales proporcionan una medición instantánea a nivel, mientras que los sensores de nivel que realizan mediciones continuas proporcionan información en tiempo real sobre el nivel de un tanque.
También existen los sensores multipunto. Un sensor de nivel multipunto es un tipo de sensor de nivel que utiliza múltiples montos de puntos de medición para proporcionar información precisa sobre el nivel de un líquido o un material. Un sensor multipunto puede estar formado por diversos sensores puntuales. Sí, si ponemos distintos tipos de sensores puntuales en un tanque, vamos a crear en conjunto un sensor multipunto.
Muy bien, analicemos otras dos variables más importantes: son las mediciones directas e indirectas, que a su vez no van a permitir clasificar sensores directos e indirectos. La principal diferencia entre un sensor de medición directa o indirecta es el método utilizado.
Un sensor de medición directa mide directamente la variable física de interés, como el nivel de un líquido en un tanque, la temperatura de un objeto o la presión de un fluido. Estos sensores toman la medición directamente del objeto o están en contacto con el mismo, sin necesidad de realizar ningún cálculo o interpretación adicional.
Por otro lado, un sensor de medición indirecta utiliza un método diferente para medir la variable de interés. Estos sensores miden una variable relacionada con la variable de interés y utilizan una fórmula o algoritmo para convertir esa variable en la variable de interés. Por ejemplo, un sensor de nivel de presión diferencial utiliza la diferencia de presión entre dos puntos para calcular luego el nivel de líquido en el tanque.
Muy bien, conociendo todos estos tipos de características que son muy necesarias para clasificar los sensores de nivel, vamos a ver qué tipos de sensores de nivel existen, pero vamos a ver los más importantes porque de verdad, créanme que existen muchísimos sensores de nivel. Vamos a hablar un poquito de cada uno de ellos. Empecemos por el primero.
Sensores de nivel a flotador, también conocidos como interruptores de nivel o sensores de boya, son instrumentos que trabajan con un interruptor de contacto (reed switch) y un flotador. El movimiento del flotador, acoplado en un brazo móvil, abre o cierra un contacto eléctrico, permitiendo la activación o desactivación. Con ellos se consiguen soluciones versátiles y de bajo costo para la automatización.
También existe una versión más moderna de los sensores a flotador. Este consta de un cuerpo flotante hueco con un imán dentro, un tubo que sirve como guía para guiar el flotador y también unos collares o topes para limitar el recorrido al flotador en el tubo. Cabe destacar que dentro del tubo hay varios contactos reed switch ubicados en su interior. Los contactos reed están formados por dos láminas de material ferromagnético sellados dentro de una cápsula de vidrio, y estas láminas se encuentran afectadas sí por campos magnéticos. Cuando se encuentran cercanas a un campo magnético, estas láminas entran en contacto, permitiendo pasar la corriente. A medida que sube el nivel de agua, esta boya o flotador hueco va subiendo con su imán dentro, cerrando los distintos tipos de contactos de los reed switch.
Muy bien, pasemos a los sensores de nivel capacitivos. Los sensores de nivel capacitivos funcionan midiendo la capacitancia o la capacidad de un objeto para almacenar una carga eléctrica. En este tipo de sensores, dos placas eléctricas se colocan a una distancia determinada entre sí con un material dieléctrico en el medio. Cuando se coloca el sensor en un tanque o contenedor, una de las placas actúa como electrodo de referencia, mientras que la otra actúa como electrodo activo. La placa activa se carga eléctricamente y crea un campo eléctrico en el espacio entre las dos placas. La cantidad de carga almacenada en el dieléctrico es la proporcional a la cantidad del líquido o material que está presente en la zona del sensor. Básicamente, lo que se hace con este sensor de nivel es variar la nivel de capacitancia que la va a producir el distinto nivel del elemento que queremos medir.
Vayamos a los sensores de nivel a radar. Los sensores de nivel a radar funcionan emitiendo una señal de radar y midiendo el tiempo que tarda en reflejarse en la superficie del líquido en un tanque o contenedor. En un sensor de nivel a radar, una antena emite una señal de radar de alta frecuencia, como la que pueden utilizar, por ejemplo, los aviones, en dirección al material que se encuentra en el tanque. Cuando la señal del radar llega a la superficie al material, una parte de la señal se refleja de vuelta, como si rebotara hacia la antena del sensor. La antena recibe la señal reflejada y mide el tiempo que tarda en regresar. A eso se lo conoce como Time of Flight o tiempo de vuelo. Como la velocidad de la señal de radar es constante, la distancia se puede calcular a partir del tiempo de vuelta. La distancia medida se convierte en una señal eléctrica que se utiliza para indicar el nivel de líquido o material presente en el tanque.
Existe este mismo tipo de sensor de nivel a radar, pero con una onda que guía a esta señal de radar. El principio de medición es el mismo, pero el pulso de radar se desplaza desde el sensor por una sonda. A este sensor se lo conoce como sensor de radar de onda guiada.
Muy bien, continuemos.
Sensor de nivel a paletas rotativas. La función de los sensores de nivel a paleta rotativa es detectar la presencia del material sólido o de un polvo en las tolvas y en los contenedores. El sensor se monta en el exterior en la posición donde se requiera tener la señal de alarma. Durante el funcionamiento normal, sin material presente, el motor hace girar una paleta. Cuando esta rotación es impedida por la presencia del material, el motor se detiene y activa un micro switch que cambia de estado y envía una señal de alarma. Es como si un motor girara con una paleta en la punta y cuando un sólido no lo deja girar más, se activa una señal.
Luego tenemos el sensor a nivel de horquilla vibrante. El principio de funcionamiento se basa en el circuito electrónico que excita la sonda de la horquilla y la hace vibrar. Cuando el medio alcanza y cubre la horquilla, su vibración cambia o se detiene. Este tenedor comienza a vibrar nuevamente cuando el medio lo libere. La electrónica detecta el cambio de vibración y da una señal de salida después de un retraso seleccionado.
Sensores de nivel conductivos. Los sensores conductivos de nivel son un tipo de sensor de nivel que utiliza la conductividad eléctrica para detectar el nivel de un líquido. El principio de funcionamiento de estos sensores se basa en la variación de resistencia eléctrica de un material conductor cuando se sumerge en un líquido conductor. El sensor consiste en dos varillas conductoras que se colocan verticalmente en el tanque o contenedor, separadas por una distancia conocida. Cuando el nivel del líquido alcanza la altura de las varillas, el líquido se convierte en un conductor eléctrico, formando un circuito eléctrico entre las dos varillas. La resistencia eléctrica de este circuito varía en función de la conductividad eléctrica del líquido. Es decir, que cuando no hay un líquido que una a estas dos varillas, hay una resistencia muy alta, pero cuando estas dos varillas se tocan, por así decirlo, por medio de un líquido, disminuye esta resistencia.
Vamos ahora a los sensores de nivel radioactivos. Estos son un tipo de sensor de nivel que utiliza la radiación ionizante para medir el nivel de líquidos en un tanque o un contenedor. Estos sensores emiten radiación ionizante, como los rayos Gamma o los rayos X, que atraviesan el líquido y se detectan en el otro lado del tanque. La intensidad de la radiación detectada se correlaciona con la cantidad de líquido presente, lo que permite al sensor calcular el nivel de líquido o el tanque o dentro de un contenedor. La precisión de la medición depende de la intensidad y la energía de la radiación utilizada, así como de las propiedades del líquido.
Los sensores de nivel radioactivo son adecuados para la medición de niveles en líquidos corrosivos, viscosos o de alta temperatura que pueden dañar otro tipo de sensores. Además, estos sensores son muy precisos y pueden medir niveles con una precisión de hasta fracciones de pulgada. Sin embargo, los sensores de nivel radioactivos tienen algunas limitaciones y riesgos asociados debido a la emisión de radiación ionizante. Estos sensores pueden representar riesgos de exposición a la radiación para las personas que operan o trabajan cerca del sensor. Además, estos sensores pueden requerir licencias y permisos especiales para su uso y pueden requerir de un mantenimiento y calibración regular.
Muy bien, pasemos al siguiente.
Sensores de nivel a membrana. Los sensores de nivel a membrana son dispositivos que utilizan una membrana o diafragma para medir el nivel de líquidos en un tanque o contenedor. El principio de funcionamiento de estos sensores se basa en la deformación de la membrana bajo la presión del líquido, que se transmite a un elemento que convierte la deformación en una señal eléctrica. Cuando se aplica presión al líquido en el tanque, la membrana se deforma y esta deformación se transmite al elemento sensor. La señal eléctrica generada por el sensor se utiliza para determinar el nivel del líquido en el tanque.
Muy bien, pasemos al siguiente.
Los sensores de nivel hidrostáticos. El sensor de nivel hidrostático es un tipo de sensor de nivel que utiliza la presión hidrostática para medir la altura o el nivel de un líquido en un tanque o recipiente cerrado. La presión hidrostática es la presión ejercida por un líquido debido a su peso y se puede medir utilizando un transductor de presión.
Muy bien, hemos visto un montón de sensores que se utilizan para medir niveles, pero ¿cómo sabremos cuándo elegir uno o elegir otro? Bueno, podemos guiarnos de distintos tipos de tablas o capas de características, pero vamos a hacernos algunas preguntas necesarias para elegir un tipo de sensor de nivel u otro.
Lo primero que necesitamos preguntarnos es si queremos detectar sólidos o líquidos. Por ejemplo, no podríamos utilizar un sensor de nivel conductivo para detectar un sólido, porque sabemos que para sólidos se utilizan líquidos conductores. Luego, si utilizaremos para censar líquidos, debemos preguntarnos si el líquido es corrosivo, si es un líquido con mucha viscosidad o si es un líquido conductor. Si vamos a detectar sólidos, debemos preguntarnos si son granulientos, si son densos o qué tipo realmente puede llegar a ser, si quizás son muy polvorientos o no.
Luego deberemos determinar cuál es la temperatura de aplicación. Después, si el control de nivel se necesitará instalar en la parte superior, al fondo o al lateral del tanque. También deberíamos preguntarnos si se puede taladrar el depósito. Es decir, si vamos a utilizar un sensor de horquillas vibrantes, las horquillas grandes tienen que estar en contacto con el material, es decir, que hay que hacerle un hueco o taladrar el depósito.
Se necesita de múltiples puntos de detección, es decir, tiene que ser puntual, multipunto o continua. Y por último, qué salida eléctrica necesitaríamos: una salida analógica o digital.
Muy bien, esas son algunas de las preguntas que nos podemos hacer para elegir un sensor.
Muy bien, en este vídeo hemos visto algunos sensores de nivel. Tratamos de ver los más que pudimos, pero son muchísimos y hay muchas características importantes y por cuestiones de tiempo no podemos ponernos a analizar en detalle cada uno de ellos. Pero si sabes de alguna otra característica importante, otro tipo de sensor que utilicen en la industria, puedes dejarlo aquí en los comentarios abajo, tu idea o lo que tú pienses. Muchas gracias por ver el vídeo. Suscríbanse al canal y denle like para que este vídeo llegue a más personas. Nos vemos en el próximo vídeo.