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Medición de nivel sin contacto: ultrasonidos vs radar

Medición de nivel sin contacto: ultrasonidos vs radar
08.12.2020

Para la medición de nivel sin contacto se utilizan dos tecnologías principalmente: la tecnología ultrasónica y la radar. Ambas tecnologías se utilizan en aplicaciones similares, pero hemos de tener en cuenta una serie de puntos para elegir la que más nos convenga en cada aplicación.

¿Cómo funciona la tecnología ultrasónica y la radar?

Ambas tecnologías son similares en cuanto al principio de funcionamiento. Ambas emiten ondas (ultrasónicas o microondas) que se reflejarán el en producto del que se quiere medir el nivel. Los sensores ultrasónicos emiten ondas mecánicas (ultrasonidos) que se reflejan cuando encuentran un cambio de densidad y los sensores radar emiten microondas que se reflejan cuando encuentran un cambio de constante dieléctrica. El tiempo que tarda la onda emitida en volver al sensor, tiempo de vuelo, es medido por el transmisor y éste se utiliza para medir el nivel.

Principio de funcionamiento de la tecnología radar (ondas electromagnéticas) y ultrasonidos (ondas mecánicas)

Radar

La tecnología radar emite microondas que son ondas electromagnéticas. Al igual que la luz (onda electromagnética), las ondas electromagnéticas del radar no necesitan de ningún medio para propagarse. Pueden propagarse en el vacío. Por esta razón la tecnología radar no se ve afectada por variaciones de temperatura y presión (densidad) en el medio.

Imagen de equipos de medición de nivel por tecnología radar

Ultrasonidos

Los ultrasonidos son una onda mecánica por lo que necesitan de un medio para propagarse. Este medio normalmente es el aire en un tanque o la atmósfera si estamos en aplicaciones al aire libre.
La velocidad de propagación del sonido dependerá de las características del medio en el que viaja. Si el medio varía por cambios de temperatura, presión, composición, densidad, la velocidad de propagación del sonido puede variar.

Imagen equipos de nivel por ultrasonidos

Condiciones de proceso

Para elegir la tecnología adecuada en cada aplicación deberemos analizar y entender las condiciones de proceso que se dan. Algunas de las condiciones de proceso más importantes son: temperatura, composición del medio de transmisión, presencia de espuma, reflectividad, presencia de suciedad, condensación, incrustaciones en el sensor, ruidos.

1) Temperatura

Como hemos comentado, la variación de temperatura en el medio hará variar la velocidad de propagación del sonido. La mayor parte de los sensores ultrasónicos disponen de compensación de temperatura por lo que este hecho no les afectará. A la tecnología radar no le afectan los cambios en la temperatura del medio.

Recomendamos elegir tecnología radar si no disponemos de sensores ultrasónicos con compensación de temperatura o cuando pueda darse una distribución de temperatura no uniforme. Por ejemplo, que cerca de la superficie haya una temperatura diferente a la que se da cerca del sensor. Esta situación se puede dar si existe una gran distancia entre el sensor y la superficie a medir.

2) Composición del medio

El medio por el que se transmiten las ondas no afectará a la tecnología radar. Normalmente el medio suele ser el aire y los ultrasonidos están ajustados para este medio. Si la composición del medio de transmisión varía esto afectará a los ultrasonidos.

Si el medio de transmisión es el aire las dos tecnologías darán buenos resultados. En el caso de que la composición del aire pueda variar, por la presencia de vapores, gases recomendamos utilizar la tecnología radar. Esta situación se suele dar en tanques con ácidos o disolventes ya que se suele producir una atmósfera con presencia de gases y vapores que además no es constante. En estos casos la mejor solución es la tecnología radar.

3) Espuma

La espuma es otro de los condicionantes en las aplicaciones de medición de nivel. En función del tipo de espuma: húmeda, seca, gruesa, fina, las ondas serán reflejadas, absorbidas o la atravesarán.
Los ultrasonidos normalmente si no son absorbidos por la espuma, son reflejados por ésta. Normalmente miden el nivel al que está la espuma.
Si la espuma es seca y fina las microondas del radar la suelen atravesar y dar con el nivel de líquido.
Si la espuma es húmeda el radar suele dar el nivel de la espuma.

4) Reflectividad

En el caso de la tecnología radar, la microonda se refleja cuando hay un cambio de constante dieléctrica. Si la constante dieléctrica del producto a medir es muy baja, los radares pueden tener problemas, aunque con los radares de alta frecuencia este punto normalmente está solucionado. Los ultrasonidos no tienen ninguna dificultad con los productos de baja constante dieléctrica.

5) Suciedad, condensación, incrustaciones

La suciedad en el ambiente afecta más a los ultrasonidos ya que como hemos estado comentando éstos necesitan un medio para transmitirse. En las aplicaciones de silos de sólidos durante la carga puede haber un ambiente muy sucio. En estas aplicaciones la solución ideal es el radar ya que los ultrasonidos no son capaces de atravesar un ambiente muy sucio.

La condensación generalmente afecta poco a los ultrasonidos ya que la propia vibración (onda mecánica) de la superficie los autolimpia. La tecnología radar de alta frecuencia (ej. 80 GHz) tampoco se verá demasiado afectada por la condensación, quizás bajará un poco la amplitud de la señal, pero la medición no se perderá.

Los depósitos/incrustaciones en el sensor de los ultrasonidos no suelen ser tampoco un gran problema ya que las ondas mecánicas se pueden transmitir a través de ellos, hasta un cierto nivel de acumulación de depósitos. En los radares de alta frecuencia (ej. 80 GHz) no suelen suponer ningún problema.

7) Ruidos

Especialmente en aplicaciones de sólidos la caída de material durante la carga genera mucho ruido. Si utilizamos medidores de nivel ultrasónicos hemos de ser cuidadosos con la frecuencia utilizada porque los ruidos externos si son cercanos a la frecuencia de trabajo de nuestros equipos pueden enmascarar la señal ultrasónica y hacer imposible la medición. La frecuencia de funcionamiento de los radares suele ser mucho más alta y alejada de las fuentes de ruido ocasionadas por los sólidos.

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