Medidor de nivel ultrasónico

Un medidor de nivel ultrasónico se compra por lo que no toca. Cuando un recipiente contiene aguas residuales, un ácido, un producto alimentario o una suspensión, un instrumento en contacto con el medio tiene que resistirlo y luego limpiarse, y hay que poder llegar hasta un flotador o una sonda. Medir desde arriba de la superficie evita todo eso: el transductor se sitúa en el aire por encima del recipiente y el contenido nunca llega a él.

Lo que se gana en sencillez se paga en geometría. El instrumento necesita un camino libre desde su cara hasta la superficie, y en un recipiente con elementos en su interior eso es una concesión mayor de lo que parece a primera vista.

Cómo se realiza la medición

El transductor emite un tren de sonido hacia abajo y después escucha. El pulso se refleja en el cambio de densidad de la superficie y vuelve, y el intervalo entre la emisión y la recepción da la distancia; restándola de la altura de montaje se obtiene el nivel. Como la velocidad del sonido depende de la temperatura del aire que atraviesa, el instrumento incorpora un sensor de temperatura y corrige el tiempo con él, y por eso la temperatura de la instalación forma parte de la selección y no es un detalle del ambiente.

De esa sola frase se derivan tres límites geométricos, y entre los tres deciden si un recipiente puede medirse o no. Justo debajo de la cara hay una banda en la que el instrumento no puede separar su propia emisión del eco que vuelve, y el nivel más alto que puede alcanzar el recipiente tiene que quedar por debajo de ella. El pulso se abre al avanzar, así que en un recipiente alto y estrecho el haz puede alcanzar la pared o un elemento interior y devolver un eco falso antes que la superficie. Y para un alcance dado existe una distancia mínima entre el transductor y la pared del recipiente, porque el reflejo de la pared llega muy cerca en el tiempo del reflejo de la superficie.

Integrada o separada

Las dos formas se diferencian solo en dónde está el cabezal. La forma integrada lleva el transductor en el cabezal y se monta en el recipiente, que es la disposición para un tanque con espacio libre por encima y una parte superior accesible. La forma separada pone el transductor en el recipiente y el cabezal donde una persona pueda leerlo, que es lo que exige un espacio de poca altura, un recipiente sin acceso por arriba o una zona de lavado.

Hay dos consecuencias más allá de la comodidad. La forma separada admite alimentación de red además de la de baja tensión, así que encaja en una planta donde hay suministro en el recipiente pero no una línea de baja tensión. Y no lleva la opción inalámbrica que ofrece la forma integrada, de modo que un emplazamiento remoto sin ningún cableado apunta a la forma integrada.

Alcance, zona muerta y el recipiente pequeño

El alcance y la exactitud son las cifras que un comprador busca primero, y en este tipo no bastan por sí solas. La zona muerta pertenece a la disposición del transductor y no al alcance, y por eso el material da cifras distintas para la forma integrada y la separada dentro de los mismos intervalos, y por eso una forma con la zona muerta corta puede ser la que haga medible un recipiente poco profundo. La forma de zona muerta corta existe exactamente para ese caso: cubre un recipiente de no más de uno o dos metros de profundidad, con una zona muerta medida en centímetros y no en decenas de centímetros.

Esa relación es la razón de que la conversación sobre la especificación empiece por el recipiente y no por el instrumento. La altura del recipiente y el nivel más alto que alcanza el contenido deciden juntos si el instrumento puede montarse lo bastante alto para dejar ese nivel fuera de la banda de la zona muerta, o si hay que cambiar el alcance, el montaje o la tecnología.

Salidas y control

El instrumento ofrece una salida analógica de 4-20 mA y una conexión RS-485 que habla Modbus-RTU, que es la vía estándar hacia un controlador o un sistema de control, y un par de contactos de relé aptos para conmutar red. Los relés son lo que permite que un solo instrumento haga una tarea y no solo la comunique: un interruptor de nivel que arranca una bomba o abre una válvula necesita un contacto, y una alarma necesita otro. La forma separada ofrece cuatro contactos como opción cuando hacen falta más acciones.

La exactitud de la salida analógica, 0,2 % del fondo de escala, se da por separado de la exactitud de medición, y conviene mantenerlas aparte: la primera describe la calidad de la señal entre el instrumento y lo que la lea, y la segunda describe la medición en sí.

Limitaciones de la medición y criterios de selección

Las limitaciones de la tecnología son las tres geométricas anteriores, y merece la pena enunciarlas con claridad porque cada una tiene una solución más barata que cambiar de instrumento. Un nivel que entra en la banda de la zona muerta a veces se resuelve subiendo el montaje o llevando hasta arriba del recipiente un tubo vertical. Un haz que alcanza la pared puede estrecharse, o puede moverse el instrumento, o puede medirse el recipiente con otro principio. Pero cuando el aire sobre la superficie lleva vapor, condensación, polvo o espuma, la geometría no ayuda y la respuesta suele ser el radar, y por eso la frontera entre las dos tecnologías la traza la atmósfera por encima del medio y no el alcance, ya que ambas cubren los mismos intervalos.

El material deja además varias cifras sin resolver, y se enumeran en lugar de suavizarlas. La exactitud aparece expresada de tres maneras distintas en el mismo documento, y una clase de exactitud no es la misma magnitud que un porcentaje del fondo de escala. La zona muerta difiere entre las dos formas para un mismo alcance. La disposición de la alimentación difiere entre ambas. Y la relación entre el módulo inalámbrico opcional y la unidad 4G separada no se explica.

Pedido

Los datos que fijan la respuesta son la altura del recipiente, su diámetro y los niveles más alto y más bajo en servicio; el medio y el vapor o el polvo que haya por encima; las temperaturas de trabajo y extremas en el instrumento; si se forma espuma, condensación o turbulencia en la superficie; qué hay dentro del recipiente y a qué distancia mínima puede montarse el instrumento de la pared; si la lectura tiene que verse en el lugar o basta como señal; las salidas necesarias y qué va a leerlas; si existe algún cableado en el recipiente; y la alimentación disponible. Un plano del recipiente responde a la mayoría de estos puntos a la vez y es el dato más útil de la consulta. La cantidad, el puerto de destino y la fecha de entrega requerida lo completan.