Hola, se bienvenido a este nuevo post donde analizaremos el funcionamiento del sensor de nivel, este tipo de sensores son muy interesantes y con un gran número de aplicaciones dentro de las cuales seguramente te serán familiar, podemos encontrar este sensor en proyectos con Arduino, sistemas de bombeo y muchos más que veremos a lo largo de este artículo.

El objetivo es que al finalizar comprendas su funcionamiento y las opciones que al día de hoy contamos para poder practicar y aprender todo sobre estos sensores.

¿Qué es el sensor de nivel?

Un sensor de nivel es un dispositivo o instrumento que nos permite detectar si se excede una altura o nivel predeterminado de ciertos materiales sólidos o líquidos contenidos en tanques, depósitos u otros recipientes, mediante una señal que regularmente indica si o no.

¿Qué es el interruptor de nivel?

Al sensor de nivel se le conoce mucho como interruptor de nivel y es precisamente por su comportamiento, ya que como vimos en la definición de este sensor, emite una señal si o no, que es usada para interrumpir o permitir una acción al superarse el nivel predeterminado, por ejemplo:

• Si ponemos un sensor de nivel en un tanque, podrás saber si esta por llenarse e interrumpir el paso de agua.
• Por lo contrario, cuando se este vaciando permitir el paso del agua, de allí que se conozca más popularmente como interruptor.

¿Cómo funciona el sensor de nivel?

Esta pregunta ya esta resuelta ya que para saber ¿Qué es? de cierta manera también te he dicho para que sirve, lo que quizá falta decir sobre su funcionamiento es que, para poder detectar el nivel, por ejemplo, de un tanque de agua, se debe colocar a cierta altura o nivel que se desee monitorear, una vez que el liquido o agua rompa esta marca ya sea por que se excede o decrece, se emite un ON/OFF a la salida del sensor.

En promedio podemos encontrar estos sensores a una potencia de trabajo de 20 Watts, esta potencia es mas que suficiente para poder alertarnos mediante la activación de un sonido de alarma o la activación de una luz, que puede ser un LED o lámpara en algunos casos.

Es muy común ver trabajando estos interruptores de nivel en sistemas digitales ya sea con:

• Arduinos o Microcontroladores como unidades de control.
• Relevadores o PLC como activadores de otros dispositivos como una bomba de agua.

¿Cómo seleccionar el mejor sensor de nivel de líquidos?

Hay algunos puntos importantes que debes tener en cuanta al seleccionar el nivel de líquidos, por ejemplo:

• Tipo de liquido y temperatura.
• Posición del sistema de control y sus dimensiones, puede ser que lo requieras al tope, fondo o a un lado.
• Instalación, el tanque donde lo quieres instalar es estrecho o amplio.
• Se requiere detectar múltiples niveles o solo uno.

Ahora con estos puntos claros solo debes revisar opciones y descartar aquellos que no cumplan.

¿Dónde comprar sensores de nivel?

Aquí te dejo algunas opciones para que elijas el que más se acopla a tu necesidad o aplicación.

Tipos de sensores de nivel

Existen varios tipos de sensores de nivel que podemos utilizar en nuestros proyectos y se distinguen según la técnica electrica de medición, basada en los principios básicos de:

• Capacitancia
• Resistencia
• Conductividad

➤ Sensores de nivel tipo capacitivos

• Un sensor de nivel tipo capacitivo nos ayuda a medir el nivel de líquidos y solidos.
• Este tipo esa constituido por un electrodo que se introduce en el tanque donde se encuentra el liquido a medir.
• La medición se da a razón del cambio de capacitancia.

Si el liquido no es conductor

• Si el liquido no cuenta con propiedades de conducción, el capacitor se conforma por el electrodo y la pared del tanque, quienes operan como dos placas paralelas y el liquido opera como dieléctrico.
• Cuando el liquido sube entre y llena el espacio entre las placas, modifica la capacitancia, lo que da como resultado una señal proporcional al nivel del liquido.

Si el liquido es conductor

• Si el liquido cuenta con propiedades conductivas, el electrodo primario se aísla eléctricamente, tanto del tanque, como del liquido.
• Por lo regular, se aísla a través de una cubierta de teflón sobre el electrodo.
• Para este caso, el liquido es quien opera como una de las placas del capacitor y el el teflón opera como dieléctrico.

Problemas comunes del sensor de nivel capacitivo

• Instalación incorrecta.
• Encostramiento del electrodo.
• Pérdida del aislante.
• Falsos en las lecturas debido al espuma que pueda estar presente.

Ventajas sensor de nivel capacitivo

• Poco mantenimiento.
• Sirven para mediciones continuas o puntuales.
• Set point o valor objetivo ajustable.
• Compatible con muchos líquidos, polvos, sólidos, materiales conductivos y no conductivos.

Desventajas sensor de nivel capacitivo

• Errores en la señal de lectura debido a la constante dieléctrica.
• Por lo regular la calibración se tiene que llevar en el lugar donde se instalará.
• Los materiales altamente conductores, pueden afectar la exactitud en las lecturas.

➤ Sensores de nivel de tipo conductivo

• Los sensores de nivel de tipo conductivo son ampliamente utilizados con líquidos altamente conductores.
• Son utilizados para dar señales de alarma por bajo y alto nivel.
• Un sistema común se conforma por:
  • La instalación de electrodos aislados eclécticamente, posicionados en los puntos de detección de nivel.
  • Además, los electrodos requieren ser alimentados por una fuente de bajo voltaje.
• Cuando el liquido toca los electrodos, crea una corriente que fluye entre el electrodo y la pared del tanque.
• La medición de la resistencia eléctrica del circuito conformado, se lleva a acabo a través de un puente de Wheatstone.
• Cuando el tanque esta vacío: el valor de la resistencia es alta, superando el mega ohm.
• Cuando el tanque comienza a llenarse: la resistencia disminuye.
• La diferencia de potencial creado por el cambio de resistencia se amplifica y se puede utilizar para activar o desactivar un relevador.

➤ Sensores de nivel de tipo ultrasónico

• Un sensor de nivel de este tipo, mide el tiempo que tarda el sonido en llegar desde el emisor al receptor.
• El emisor proporciona impulsos sónicos, dichos impulsos son reflejados por la superficie del material contenido en el recipiente que se desea sensar.
• Dichos impulsos una ves reflejados regresan al emisor, que ahora actúa como receptor.
• El tiempo que paso entre que el impulso fue emitido y se volvió a recibir, es transformado para conocer el nivel del tanque.
• Algunos instrumentos cuentan con un sensor de temperatura que ayuda a compensar los cambios de temperatura en el aire.

Ventajas de los sensores de nivel ultrasónicos

• Amplia variedad de sensores no intrusivos, lo que evita corrosión y contaminación del medio.
• Permiten llevar acabo una medición puntual y continua.
• Poco mantenimiento, no poseen partes móviles.
• Son ampliamente utilizados en líquidos y solidos, ya sea, medios conductivos o no conductivos.

Desventajas de los sensores de nivel ultrasónicos

• Son muy sensibles a movimientos en el tanque, lo que puede arrojar lecturas equivocadas.
• La formación de espuma dentro del tanque, puede absorber las señales de impulso y equivocar las lecturas.
• Los sensores de tipo no intrusivo son altamente afectados por las partículas o vapor que flotan en aire.

➤ Sensores de nivel de tipo fotoeléctrico

• En este tipo de sensor la detección de nivel se basa en el cambio de refracción.
• El funcionamiento es simple:
  • Un haz de luz es emitido a través de un diodo con la capacidad de emitir luz.
  • Dicho haz circula a través de un conductor de luz.
  • Si, en el entorno existe aire, gas o vapor; el haz es reflectado por su extremo cónico.
  • El haz reflectado es detectado por un fototransistor.
  • Ahora, si sumergimos el conductor en ciertos líquido, la refracción cambia y el haz de luz se dispersa en el líquido.
  • Por lo tanto, si el fotorreceptor no recibe el haz de luz, se produce un cambio de resistencia en el circuito, cuyo cambio se interpreta como una señal de nivel.
• Este tipo de sensores son utilizados en una gran cantidad de líquidos, ya que, la medición no se altera por la viscosidad, densidad, conductividad e incluso el color.

¿Dónde se emplea un sensor de nivel?

Después de haber visto algunos de los tipos más importantes de los sensores de nivel, te imaginaras que las aplicaciones de este sensor son bastantes.

Los podemos encontrar en innumerables aplicaciones industriales, ya que, medir el nivel nos permite:

• Identificar perdida de líquidos y materiales a granel.
• Garantizamos que no vamos a operar en la peligrosa marcha en vacío.
• Incluso son una excelente protección contra explosiones y averías.

Excelente, hemos revisado bastante datos interesantes que estoy seguro te ayudaron a comprender el funcionamiento de los sensores de nivel, espero que con todos estos datos puedas elegir el mejor tipos de sensor para ese proyecto que estas llevando a cabo o que esta en puerta, sin más, nos vemos en el siguiente post.