Ultrasonido: Pros y contras en la medición de nivel en tanques.

Introducción

Entre las tecnologías disponibles, la medición por ultrasonido ha ganado popularidad debido a su precisión, versatilidad y capacidad de operar en condiciones adversas sin contacto directo con el medio. Este artículo explora los principios técnicos, ventajas, limitaciones y aplicaciones de la tecnología de ultrasonido en la medición de nivel.

Principios de Funcionamiento

La tecnología de ultrasonido para medición de nivel se basa en la emisión de ondas sonoras de alta frecuencia (generalmente entre 20 kHz y varios MHz) que viajan a través del aire o un gas hacia la superficie del líquido. Cuando la onda ultrasónica encuentra la superficie del líquido, se refleja parcialmente y regresa al sensor. El tiempo que tarda la onda en viajar desde el sensor hasta la superficie del líquido y regresar se utiliza para calcular la distancia entre el sensor y el líquido.

La fórmula básica para calcular la distancia (\(D\)) es:

\[
D = \frac{v \cdot t}{2}
\]

Donde:

• \(v\) es la velocidad del sonido en el medio (generalmente aire).
• \(t\) es el tiempo de viaje de la onda ultrasónica.

La velocidad del sonido en el aire varía con la temperatura, por lo que los sensores ultrasónicos suelen incluir compensación térmica para garantizar mediciones precisas.

Componentes del Sistema

1. Transductor Ultrasónico: Es el componente clave que emite y recibe las ondas ultrasónicas. Está diseñado para operar en frecuencias específicas y puede estar fabricado con materiales piezoeléctricos que convierten la energía eléctrica en ondas sonoras y viceversa.
2. Electrónica de Control: Incluye circuitos para generar pulsos ultrasónicos, procesar las señales recibidas y calcular el tiempo de viaje. También puede incluir algoritmos para filtrar ruidos y compensar variaciones ambientales.
3. Software de Procesamiento: Encargado de interpretar los datos brutos, aplicar correcciones (como la compensación térmica) y proporcionar una lectura precisa del nivel.
4. Interfaz de Comunicación: Permite la integración del sistema con redes de control industrial, como buses de campo (Fieldbus) o protocolos estándar (HART, Modbus, etc.).

Ventajas de la Tecnología Ultrasónica

1. No Invasiva: Al no requerir contacto directo con el líquido, es ideal para aplicaciones donde la contaminación o la corrosión son preocupaciones.
2. Versatilidad: Puede medir niveles en una amplia gama de líquidos, incluyendo agua, químicos, combustibles y alimentos.
3. Bajo Mantenimiento: Al carecer de partes móviles, los sensores ultrasónicos tienen una vida útil prolongada y requieren poco mantenimiento.
4. Precisión: Ofrece mediciones precisas, especialmente en tanques con superficies estables y condiciones ambientales controladas.

Limitaciones

1. Dependencia del Medio: La presencia de vapores, polvo o espuma puede afectar la propagación de las ondas ultrasónicas, reduciendo la precisión.
2. Rango Limitado: En tanques muy profundos o con distancias extremas, la atenuación de la señal puede ser un problema.
3. Temperatura y Presión: Aunque los sensores modernos incluyen compensación térmica, condiciones extremas pueden afectar el rendimiento.

Aplicaciones Comunes

1. Industria Petrolera: Medición de niveles en tanques de crudo, derivados y productos químicos.
2. Tratamiento de Aguas: Monitoreo de niveles en depósitos, cisternas y estaciones de bombeo.
3. Alimentaria y Farmacéutica: Control de niveles en tanques de almacenamiento de líquidos sensibles a la contaminación.
4. Agricultura: Gestión de niveles en depósitos de riego y tanques de fertilizantes.

Consideraciones de Diseño e Instalación

Para maximizar la eficacia de un sistema de medición ultrasónica, es crucial considerar:

• La ubicación del sensor para evitar obstrucciones.
• La compensación de temperatura y presión.
• La selección de frecuencias adecuadas para minimizar la atenuación.
• La calibración inicial y el mantenimiento periódico.

Conclusión

La tecnología de ultrasonido para medición de nivel en tanques de almacenamiento ofrece una solución robusta, precisa y no invasiva para una amplia gama de aplicaciones industriales. Aunque presenta ciertas limitaciones, su versatilidad y bajo mantenimiento la convierten en una opción preferida en muchos sectores. Con el avance continuo de la electrónica y el procesamiento de señales, se espera que esta tecnología siga evolucionando, ampliando aún más sus capacidades y aplicaciones.