Sensores de nivel por radar frente a ultrasonidos: Guía de selección

En la automatización de procesos, la gestión del agua, la supervisión medioambiental y las aplicaciones de almacenamiento industrial, la medición de niveles de líquidos o sólidos es una tarea crítica. La medición precisa del nivel garantiza la seguridad, la eficacia y el control de costes. Entre las diversas tecnologías de medición de nivel sin contacto, sensores de radar y sensores de nivel ultrasónicos son los más utilizados.

Ambos tipos de sensores están diseñados para medir la distancia entre un transmisor y la superficie de un medio, pero funcionan con principios distintos: ondas electromagnéticas en el caso del radar y ondas acústicas en el de la tecnología ultrasónica. Cada tecnología tiene sus puntos fuertes y sus limitaciones. Este artículo sirve de guía práctica de selección, comparando transmisores ultrasónicos de nivel y medidores de nivel de radar para ayudar a ingenieros y operarios de planta a elegir la solución adecuada para su aplicación.

¿Qué son los sensores de nivel ultrasónicos?

Sensores ultrasónicos funcionan según el principio de reflexión de las ondas sonoras. En transductor ultrasónico emite un impulso sonoro de alta frecuencia hacia la superficie de un líquido o un sólido. La onda se refleja y el sensor calcula el nivel midiendo el tiempo de vuelo (ToF) del eco.

Diferentes tipos de sensores de nivel ultrasónicos

Ventajas de los sensores de nivel ultrasónicos

• Solución rentable para la supervisión de nivel básico.
• Medición sin contacto, adecuada para líquidos corrosivos o peligrosos.
• Instalación y calibración sencillas.

Las limitaciones de los sensores de nivel ultrasónicos

• La precisión depende de la velocidad de propagación del sonido, que varía con la temperatura, la humedad y la composición del gas.
• El rendimiento puede verse afectado por la espuma, el vapor o las turbulencias en la superficie.
• Alcance de medición limitado en comparación con el radar.

Las configuraciones más habituales son detectores ultrasónicos de nivel, transmisores ultrasónicos de nively sensores ultrasónicos de distanciaque se aplican ampliamente en plantas de tratamiento de agua, control medioambiental y tanques de almacenamiento.

¿Qué son los sensores de nivel radar?

Sensores de radar medir distancias mediante ondas electromagnéticas de frecuencia de microondas. Una antena de radar emite impulsos u ondas continuas, que se reflejan en la superficie del medio. La señal de retorno se procesa para determinar el nivel exacto.

La tecnología de medición por radar puede dividirse en dos tipos principales: Una es sensores de radar de impulsos: Se transmiten y reciben ráfagas cortas de energía, adecuadas para aplicaciones de uso general. Otra es Radar de onda continua de frecuencia modulada (FMCW): Proporciona mayor precisión y mejor rendimiento en entornos difíciles.

Otra variante, Radar de onda guiada (GWR)utiliza una sonda para guiar la señal del radar, lo que lo hace adecuado para medios complejos con espuma o turbulencias.

Sensores industriales de nivel por radar para medición de líquidos

Ventajas de los sensores de nivel ultrasónicos

Detección por radar de alta precisiónNo se ve afectado por la temperatura, la presión o el vapor. Largo rango de medición, adecuado para grandes tanques y silos. Rendimiento fiable en entornos difíciles (alta presión, alta temperatura, vapor o polvo). Mantenimiento mínimo gracias a la medición sin contacto.

Las limitaciones de los sensores de nivel ultrasónicos

Mayor coste inicial en comparación con los sensores ultrasónicos. Requiere una configuración e instalación correctas de la antena para evitar zonas muertas. Los sensores de nivel por radar se utilizan ampliamente en sectores como el del petróleo y el gas, el químico, el farmacéutico y el de manipulación de sólidos a granel, donde la precisión y la fiabilidad son fundamentales.

Factores clave de comparación entre sensores de radar y sensores ultrasónicos

Precisión y resolución

• Medición de nivel por ultrasonidos: La precisión puede verse afectada por condiciones ambientales como las fluctuaciones de temperatura y la composición del aire. La precisión típica oscila entre ±0,25% y ±1% del intervalo medido.
• Medición de nivel por radar: Proporciona una mayor precisión, a menudo mejor que ±0,1%, y se ve menos afectada por las perturbaciones ambientales. Ideal para aplicaciones en las que la precisión es esencial.

Rango de medición y compatibilidad con el medio

• Sensores ultrasónicos: El más adecuado para aplicaciones de corto a medio alcance, normalmente hasta 10-20 metros.
• Sensores de radar: Pueden medir distancias mucho mayores, de hasta 100 metros o más, por lo que son ideales para silos altos y grandes depósitos de almacenamiento.

Adaptabilidad medioambiental

• Transmisores de nivel ultrasónicos: El rendimiento puede disminuir en entornos con polvo, vapor o espuma debido a la atenuación de las ondas sonoras.
• Indicadores de nivel radar: Las ondas electromagnéticas penetran eficazmente en el vapor, el vapor y el polvo, manteniendo la fiabilidad en condiciones de proceso extremas.

Instalación y mantenimiento

• Detectores de nivel por ultrasonidos: Fáciles de instalar y calibrar, lo que las hace atractivas para necesidades de supervisión sencillas. Sin embargo, pueden requerir una recalibración ocasional debido a su sensibilidad medioambiental.
• Transmisores de nivel radar: La instalación requiere tener en cuenta el ángulo del haz de la antena, la posición de montaje y la geometría del depósito. Una vez instaladas, prácticamente no requieren mantenimiento.

Coste y valor

• Sensores ultrasónicos: Suele ser la opción más asequible, adecuada cuando existen limitaciones presupuestarias y las condiciones son moderadas.
• Sensores de radar: Mayor inversión inicial, pero ofrecen un mayor valor a largo plazo gracias a su fiabilidad, menor tiempo de inactividad y bajos requisitos de mantenimiento.

Escenarios de aplicación de los sensores ultrasónicos y los sensores de radar

Tratamiento de aguas y aguas residuales

• Sensores ultrasónicos se utilizan habitualmente en la medición de caudal en canales abiertos, pequeños depósitos y control de aguas residuales debido a su rentabilidad.
• Sensores de radar se prefieren en entornos de aguas residuales difíciles con mucha espuma, vapor o variaciones de temperatura.

Química y Industrias farmacéuticas

• Transmisores de nivel radar suelen elegirse por su resistencia química y su capacidad para manipular depósitos presurizados o corrosivos.
• Sensores ultrasónicos puede seguir utilizándose en aplicaciones no críticas a pequeña escala.

Silos de grano y sólidos a granel

• El polvo y las superficies irregulares pueden alterar la medición ultrasónica.
• Indicadores de nivel radar con gran capacidad de penetración son más adecuados para el almacenamiento de grano y la manipulación de polvo.

Petróleo, gasy Petroquímica

• Los sensores radar son el estándar para medir en grandes tanques de almacenamiento, buques presurizados y aplicaciones de GNL, donde la fiabilidad en condiciones extremas es esencial.

Vigilancia medioambiental y ríos

• Sensores ultrasónicos se utilizan habitualmente para vigilar el nivel de los ríos y las inundaciones debido a su asequibilidad y sencillez de instalación.
• En condiciones exteriores difíciles, sensores de radar ofrecen una mayor durabilidad y un rendimiento constante.

Guía de selección de sensores ultrasónicos y sensores de radar

He aquí un sencillo marco de decisión para ayudar a elegir entre las dos tecnologías:

Elija sensores ultrasónicos si:

• El presupuesto es limitado.
• El rango de medición es de corto a medio.
• El entorno es relativamente limpio y estable.
• Una precisión moderada es aceptable.

Elija sensores de radar si:

• Se requiere una gran precisión.
• El proceso implica vapor, vapor, espuma, polvo o temperaturas extremas.
• La distancia de medición es larga.
• El funcionamiento sin mantenimiento es una prioridad.

Conclusión

Ambos sensores de nivel radar y sensores de nivel ultrasónicos son tecnologías probadas sin contacto para la medición precisa de niveles. Los sensores ultrasónicos se valoran por su asequibilidad, sencillez e idoneidad para aplicaciones básicas. Los sensores de radar, aunque son más caros, ofrecen mayor precisión, fiabilidad y adaptabilidad al entorno, especialmente en procesos industriales complejos.

A la hora de elegir entre una y otra, la elección no debe guiarse por la tecnología en sí, sino por las requisitos específicos de aplicación-incluida la precisión, las condiciones ambientales, el rango de medición y el presupuesto.

Los sensores ultrasónicos son ideales para tareas sencillas y sensibles a los costes, mientras que los sensores de radar son la solución idónea para aplicaciones críticas de alto rendimiento.

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PREGUNTAS FRECUENTES: Sensores de nivel por radar frente a ultrasonidos

Q1. ¿Cuál es la principal diferencia entre los sensores de nivel por radar y los sensores de nivel por ultrasonidos?

R: Los sensores de radar utilizan ondas electromagnéticas (microondas) para medir los niveles, mientras que los sensores ultrasónicos se basan en ondas acústicas de sonido. El radar ofrece mayor precisión y mejor rendimiento en entornos difíciles, mientras que los sensores ultrasónicos son más rentables para aplicaciones sencillas.

Q2. ¿Qué sensor es más preciso: el radar o los ultrasonidos?

 A: Sensores de radar son generalmente más precisos, a menudo dentro de ±0,1%. Los sensores ultrasónicos suelen alcanzar entre ±0,25% y ±1%, pero su precisión puede verse afectada por la temperatura, la humedad y las condiciones de la superficie.

Q3. ¿Pueden funcionar los sensores ultrasónicos en entornos con vapor o espuma?

R: Los sensores ultrasónicos pueden tener problemas con el vapor, el polvo o la espuma porque estos factores interfieren en la reflexión de las ondas sonoras. Indicadores de nivel radar se adaptan mejor a estos entornos difíciles.

Q4. ¿Son siempre mejores los sensores de radar que los de ultrasonidos?

 R: No necesariamente. Los sensores de radar son más robustos y precisos, pero también más caros. Detectores de nivel por ultrasonidos son suficientes para aplicaciones de corto alcance, limpias y sensibles a los costes, como el tratamiento de aguas o la vigilancia de ríos.

Q5. ¿Cuál es el rango de medición típico de los sensores ultrasónicos frente a los de radar?

 R: Los sensores ultrasónicos suelen medir hasta 10-20 metros, mientras que los sensores de radar pueden medir hasta 100 metros o más, lo que los hace adecuados para silos altos o grandes depósitos.

Q6. ¿Los sensores de radar requieren más mantenimiento que los sensores ultrasónicos?

 R: No. De hecho, transmisores de nivel de radar no suelen necesitar mantenimiento una vez instalados correctamente. Los sensores ultrasónicos pueden necesitar recalibración si cambian las condiciones ambientales.

Q7. ¿Qué industrias utilizan habitualmente sensores de nivel de radar?

 R: Los sensores de radar se utilizan ampliamente en industrias petrolera y del gas, petroquímica, química, farmacéutica y de sólidos a graneldonde la precisión y la fiabilidad en entornos difíciles son fundamentales.

Q8. ¿Cuándo debo elegir sensores de nivel ultrasónicos en lugar de radar?

 R: Elija sensores ultrasónicos cuando: El entorno es estable y limpio. La distancia de medición es corta o media. El presupuesto es limitado. Sólo se requiere una precisión moderada.

Q9. ¿En qué se diferencia el radar de onda guiada (GWR) de los sensores de radar estándar?

 R: El radar de onda guiada utiliza una sonda o varilla para guiar la señal del radar directamente hacia el medio, lo que mejora el rendimiento en materiales espumosos, turbulentos o de baja constante dieléctrica, en los que el radar estándar puede encontrar dificultades.