Posición de instalación de medidor de nivel radar y ultrasónico
Un medidor de nivel radar o ultrasónico mide por el eco de un haz en forma de cono. Si ese cono toca la envolvente antes de llegar al fondo, la pared devuelve un eco falso y la medición pierde la parte baja del tanque. Esta página muestra la distancia mínima a la pared, el fondo inclinado y el silo.
Cuándo usar
Al ubicar la boquilla de un medidor de nivel sin contacto en un tanque nuevo, al verificar si una boquilla existente sirve para el sensor elegido y al decidir entre un sensor de haz ancho y uno de haz estrecho.
Por qué importa la posición de la boquilla
El radar y el ultrasonido miden el tiempo de ida y vuelta de un eco. El haz sale en forma de cono y se abre con la profundidad. Mientras el cono está lejos de la pared, el único eco fuerte es el de la superficie del producto. Cuando toca la envolvente, la pared también devuelve eco — y en la parte baja del tanque ese eco falso puede ser más fuerte que el del producto.
Perder el fondo del rango no es un detalle. Ahí están la alarma de nivel bajo y el disparo de la bomba, y el nivel del tanque de succión forma parte de la altura estática en cualquier dimensionamiento de bombas: la lección de nivel de los tanques muestra cómo ese nivel desplaza el punto de operación de la bomba, y la lección de NPSH y cavitación por qué un nivel de succión bajo consume el margen de NPSH.
El cálculo
La verificación es geométrica. El radio del haz a una profundidad d es el radio de la antena más d por la tangente del medio ángulo. En el tanque de fondo plano el peor punto es el fondo: la distancia mínima a la pared es el radio de la antena más la altura interior por la tangente del medio ángulo. La herramienta hace la misma verificación en todas las direcciones alrededor del eje, así que también vale para la esquina del tanque rectangular y para el sensor inclinado del silo.
Cuando ninguna posición de boquilla sirve — un haz ancho en un recipiente alto y estrecho, por ejemplo —, una medición con contacto elimina el problema del haz. El transmisor de nivel por presión diferencial no tiene cono que mantener lejos de la pared, pero trae su propio presupuesto de error, expresado en milímetros de nivel.
Fondo inclinado y silo
En el decantador de fondo inclinado el sensor queda vertical. Lejos del lado bajo, el haz sigue libre de la pared, pero el nivel por debajo del fondo situado bajo el sensor deja de medirse. En el silo de sólidos, el sensor apunta al centro de la salida para que el haz alcance el cono hasta el final. Si el transmisor no alcanza esa inclinación, se recomienda una brida inclinada para acomodar el sensor.
En el silo rectangular con el fondo inclinado hacia el borde, la salida queda al pie de la pared del lado bajo. Apuntar a su centro suele hacer que el haz toque esa pared; la herramienta apunta el sensor al punto de la salida más cercano a la pared en el que el haz pasa libre, y la boquilla puede ir en el lado bajo o en el alto.
Fórmulas y fundamentos
r(d) = r_ant + d · tan(α/2) α es el ángulo total del haz a −3 dB, de la hoja de datos del sensor. El haz parte del borde de la antena, así que el radio de la antena se suma directo.
d_mín = r_ant + (L + H_int) · tan(α/2) + m H_int es la profundidad interior del techo al fondo y L es el cuello más el espesor del techo — la antena queda en lo alto del cuello (150 mm por defecto en brida, 50 mm en rosca). m es el margen de seguridad entre el borde del haz y la pared (50 mm por defecto, ajustable). Cualquier posición más adentro también cumple.
θ = atan[e / (H_cil + h_cono)] En el silo de fondo cónico el sensor apunta al centro de la salida; e es la distancia horizontal de la boquilla al eje del silo. Si el transmisor no se inclina tanto, la diferencia la toma una brida inclinada.
h = x · tan φ ; V = W · h² / (2 · tan φ) Con el sensor vertical a x del lado bajo, bajo la cota h el nivel no se mide. W es el ancho y φ la inclinación del fondo.
Normas y métodos
- No hay norma que fije la distancia a la pared — criterio geométrico sobre el ángulo de haz (−3 dB) de la hoja de datos del fabricante
Valores típicos de referencia
| Magnitud | Rango típico | Observación |
|---|---|---|
| Ángulo de haz | de la hoja de datos del sensor, a −3 dB | el radar de alta frecuencia tiene haz estrecho; el ultrasonido abre más |
| Montaje en líquidos | sensor vertical | — |
| Montaje en silo de sólidos | sensor apuntado al centro de la salida | — |
Ejemplo resuelto
Tanque cilíndrico de fondo plano
Datos de entrada
- Tanque
- 3.000 × 6.000 mm (Ø × altura, exteriores)
- Pared
- 10 mm
- Ángulo del haz
- 8 ° (−3 dB)
- Antena
- 100 mm
- Conexión
- 4" brida, cuello de 150 mm
Resultados
- Distancia mínima a la pared
- 539,4 mm (cara exterior)
- Boquilla a 600 mm — holgura
- 110,6 mm
- Boquilla a 300 mm — holgura
- -189,4 mm (toca la envolvente)
Cualquier boquilla a partir de 539,4 mm de la cara exterior cumple. La boquilla a 600 mm pasa con 110,6 mm de holgura; en la de 300 mm el haz toca la envolvente antes del fondo, y el sensor mediría el eco de la pared en la parte baja del tanque.
Errores comunes
- Medir desde el radio de la boquilla y olvidar la antena. El haz parte del borde de la antena; con antena de 100 mm son 50 mm más en cualquier tanque.
- Usar el ángulo de haz de otro modelo o frecuencia. La distancia mínima crece con la tangente del medio ángulo: en un tanque de 6 m, pasar de 8° a 9° aleja la boquilla 54 mm.
- Poner la boquilla sobre el lado alto de un decantador. El haz no toca la pared, pero el nivel bajo el fondo debajo del sensor no se mide: en un decantador de 12 m con fondo a 10°, el nivel ciego va de 86 mm en el lado bajo a más de 2 m en el lado alto.
- Montar el sensor vertical en un silo. El haz golpea la pared del cono en lugar del producto cerca de la salida; apuntar al centro de la salida lo resuelve.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la distancia mínima de un radar de nivel a la pared?
Depende del ángulo del haz, de la antena y de la altura del tanque: es el radio de la antena más la altura interior por la tangente del medio ángulo. Un radar de haz estrecho puede quedar cerca de la pared; un ultrasonido de haz ancho, no.
¿El radar puede quedar en el centro del tanque?
Por la geometría del haz, el centro es la posición con más holgura. Otras recomendaciones del fabricante — como evitar el centro de un techo abombado — corresponden a la hoja de instalación del sensor.
¿Por qué el sensor queda inclinado en el silo?
En el silo el producto sale por el cono y la superficie no es horizontal. Apuntar al centro de la salida hace que el haz alcance el cono hasta el final, en lugar de golpear la pared del cono.
¿El cuello de la boquilla perjudica la medición?
Dentro del cuello, no: queda en la banda muerta del sensor. Pero como la antena queda en lo alto del cuello, el haz entra al tanque ya abierto, y la distancia mínima a la pared crece con el largo del cuello.
¿Existe norma para esto?
No hay norma que fije la distancia. La verificación es geométrica, sobre el ángulo de haz que el fabricante publica en la hoja de datos.
Glosario
- Ángulo de haz
- Ángulo total del cono de medición, tomado a −3 dB de la intensidad máxima.
- Envolvente
- La pared vertical del tanque.
- Nivel ciego
- La parte baja del tanque que el sensor no ve por su posición.