Los sensores de medición de nivel sin contacto, por ejemplo láser, radar sin contacto y ultrasónicos, fueron desarrollados como solución en aplicaciones donde los sensores de contacto traían problemas, sea por dar lecturas falsas o por mucho mantenimiento.
Por lo general, los sensores sin contacto se colocan por encima del material y no están expuestos directamente al material. Pero, en operación normal, estos sensores se encuentran expuestos al entorno del material e incluso pueden llegar a entrar en contacto con el material cuando su nivel ha subido demasiado. En cambio, los sensores de nivel que se montan en el exterior del recipiente, tal como ocurre en las tecnologías nuclear, ultrasónica (de abajo hacia arriba) y láser (visor de vidrio), en ningún momento entran en contacto con el material.
Todos los sistemas de medición de nivel sin contacto consisten de un sensor, ubicado por encima de la superficie del material, que emite una señal y procesa los retornos (reflexiones) de esa señal. Estas tecnologías miden el nivel en forma continua, pero lo hacen esencialmente en un solo punto. Esto, por lo general, no plantea problemas en aplicaciones con líquidos donde la interfase gas/líquido es horizontal. Sin embargo, las aplicaciones donde intervienen líquidos con múltiples interfases afectan la prestación de los dispositivos de nivel ultrasónicos, mientras las interfases de baja constante dieléctrica afectan la prestación de los dispositivos de radar.
En lo que hace a las aplicaciones con sólidos, el material que ingresa y sale del recipiente afecta la interfase sólido/gas. Por ejemplo, es posible que se forme un "hoyo de rata" allí donde el material sale del recipiente. Si la medición de nivel refleja un punto ubicado en dicho "hoyo de rata", el nivel medido quizás disminuya (según lo esperado), pero si el material remanente sobre los laterales del recipiente se cae y llena el "hoyo de rata", el nivel puede llegar a aumentar abruptamente (e inesperadamente). En lo posible, se recomienda colocar los sensores de modo que el nivel medido represente el nivel real, evitando los efectos del "hoyo de rata". Muchas veces es necesario recurrir a múltiples sensores o sensores de barrido si no se puede encontrar una ubicación adecuada.
Los sensores de medición de nivel por láser emiten un haz de láser hacia el material y miden el remanente del haz reflejado desde el material. Estos sistemas determinan el nivel del material midiendo el tiempo que le toma al haz de láser ir y retornar desde el material. La distancia entre el sensor y el material puede ser calculada como la mitad del tiempo de tránsito medido multiplicada por la velocidad del haz de láser. Las dimensiones mecánicas intervienen luego para determinar el nivel porcentual en el recipiente.
La tecnología de nivel por láser no está limitada por la constante dieléctrica del material (como sí ocurre en la tecnología de nivel por radar) ni tampoco por su velocidad de propagación en el espacio de vapor (como sí ocurre en la tecnología ultrasónica de nivel). Además, el haz de láser emitido por el sensor no diverge demasiado, de modo que puede apuntar a menores áreas que en las tecnologías de nivel por radar y ultrasónica. Inclusive, en algunas aplicaciones, los transmisores por láser pueden sensar el nivel en lugares difíciles de medir con otras tecnologías, por ejemplo en la cámara de un tanque.
Sin embargo, puede haber algunos inconvenientes. La degradación de la intensidad del haz de láser entre los sensores y el material puede causar la falla de los correspondientes sistemas de medición de nivel. La degradación puede producirse en el sensor, durante el tránsito hacia/desde el material, o en la superficie del material. La suciedad, el polvo y otros recubrimientos sobre el transmisor o receptor de láser pueden causar el debilitamiento de la señal recibida.
Teniendo en cuenta que las acumulaciones con el tiempo son normales en un proceso, se requiere un mantenimiento de rutina para que el transmisor o receptor pueda seguir operando correctamente. En muchas aplicaciones, el sensor suele estar blindado en un tubo y/o purgado continuamente con gas para mantenerlo en funcionamiento. Similares problemas surgen cuando el haz de láser atraviesa un visor de vidrio que puede ensuciarse y atenuar el haz.
La exactitud también puede degradarse según la superficie sobre la cual se refleja el haz de láser. Por ejemplo, cabe la posibilidad de que el haz de láser pueda medir la parte superior de una capa de espuma si se reflejara justamente desde esa superficie. Pero si la espuma es transparente a la energía del láser, el haz se refleja desde la interfase espuma/líquido, midiendo así el nivel de líquido. Una espuma translúcida hace que la medición de nivel corresponda a un lugar dentro de la espuma. Además, las condiciones de la espuma pueden variar en el tiempo y causar mediciones de nivel erráticas.
La mayoría de los sensores de medición de nivel por láser utilizan láser Clase 1 que, por lo general, no plantea peligro alguno en condiciones normales de operación. En cambio, hay sensores que utilizan láser Clase 3, lo cual sí puede significar algún riesgo de daño ocular si se lo mira sin protección por más de un instante.
Como aplicaciones típicas se puede mencionar la medición de nivel de material húmedo o seco en tanques de gran altura, aplicación que puede plantear problemas para las tecnologías de nivel por radar y ultrasónica.
También hay que tener cuidado en instalaciones donde el espacio de vapor es opaco a la luz y/o contiene partículas finas, superficies reflectivas y/o cargas eléctricas. Por ejemplo, el nivel de flúor es difícil de medir con la tecnología de láser, ya que contiene partículas finas que reflejan la luz y una carga eléctrica que obstruye la luz y la refleja. El vapor es otro ejemplo que refleja la luz.
Por lo general, los recipientes llenados neumáticamente plantean más problemas que los recipientes llenados mecánicamente, puesto que los primeros tienden a dispersar las partículas en el espacio de vapor, donde pueden llegar a obstruir la operación de un sistema de medición de nivel por láser. Una regla empírica que sirve en estos casos: "si se puede ver el nivel a pesar de todos los inconvenientes, la tecnología de nivel por láser funciona."
El tamaño y el color de las partículas inciden en la capacidad de la energía láser de penetrar el polvo. Los vapores con partículas más gruesas suelen ser penetrados más fácilmente que los vapores que contienen partículas finas. Las partículas más oscuras normalmente son menos reflectivas y más fáciles de penetrar que las partículas más claras, que tienden a reflejar la energía láser.
También la intensidad de la luz reflejada y su color afectan la medición de nivel, de modo que suele ser necesaria la compensación por color para poder medir nivel con exactitud. Este aspecto es especialmente importante en aplicaciones de alta temperatura, como por ejemplo acero fundido, donde el color y la apariencia del metal pueden modificarse en cuestión de minutos.
La energía láser normalmente no penetra la espuma para medir nivel de líquido. Esto puede ser una desventaja a la hora de medir nivel de líquido, pero hay aplicaciones donde es necesario justamente medir nivel de espuma.
Los transmisores de nivel por láser suelen ser sensibles a la reflectividad del material. Este concepto tiene mucho que ver con el color del material, ya que materiales de diferentes colores reflejan distintas cantidades y distintas frecuencias de luz. En estos casos, hay transmisores de nivel por láser que están diseñados para compensar por estas diferencias.

Preparado en base a material técnico de K-Tek y con el asesoramiento del Ing. Rubén Bodnarín.

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