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Cómo seleccionar y utilizar los sensores de nivel de líquido de flotador en aplicaciones industriales

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En su lugar, los diseñadores pueden utilizar soluciones preempaquetadas con detección basada en interruptores de láminas que vienen completas y utilizables desde el principio, con la aprobación reglamentaria de UL e IP65 ya adquirida. Además, como utilizan la tecnología de los interruptores de láminas, suelen tener una capacidad de más de 10 millones de ciclos, pueden manejar cargas de alta potencia con una baja resistencia de contacto para aumentar la eficiencia y tienen un consumo de energía nulo.

Este artículo revisa las consideraciones clave de diseño a la hora de seleccionar los interruptores de nivel de líquido flotante. A continuación, se analizan las ventajas de utilizar la tecnología de interruptores de láminas antes de presentar varias soluciones de sensores de nivel de líquido/flotación de TE Connectivity(TE) y su aplicación.

Selección de un sensor de nivel de líquido flotante

Los interruptores de nivel de líquido de flotador se utilizan para una variedad de propósitos, como proporcionar alarmas si los niveles de líquido suben o bajan a niveles potencialmente peligrosos, ayudar a proteger el equipo del sobrecalentamiento, mantener las proporciones adecuadas de los materiales que se mezclan y reducir el riesgo de incendios. La selección de un interruptor de nivel de líquido flotante para una aplicación específica requiere una clara comprensión de las condiciones y requisitos de diseño en términos de:

  • ¿Cuál es el líquido y cuál es su temperatura y presión?
  • ¿La aplicación requiere un interruptor normalmente abierto (N.O.) o normalmente cerrado (N.C.)?
  • ¿Se necesita una conmutación unipolar de un solo tiro (SPST) o unipolar de doble tiro (SPDT)?
  • ¿Qué orientación de los interruptores se necesita: horizontal desde el lado, montado en la parte superior o montado en la parte inferior?
  • ¿Es suficiente un indicador de estado de un solo nivel, como «lleno», «parcialmente lleno» o «vacío», o es necesario controlar varios niveles del líquido?

El líquido y su estado son consideraciones importantes; los diferentes materiales del cuerpo del interruptor se adaptan a diferentes necesidades de aplicación. Las aplicaciones más exigentes, como el agua a alta temperatura, los combustibles y los aceites, pueden necesitar una carcasa de polisulfuro de fenileno rellena de vidrio con una capacidad de hasta +130 grados Celsius (°C) y presiones de 4.7 bares.

Los interruptores de nivel de líquido verticales pueden tener cuerpos de hasta un metro de longitud y utilizar materiales rígidos como diversos plásticos, latón o acero inoxidable. Las aplicaciones menos exigentes, como los depósitos de agua, pueden utilizar cuerpos de acetal y polipropileno espumado relativamente económicos, con una temperatura nominal de hasta +60 °C y 0.34 bar. Además de emplear el material del cuerpo del interruptor adecuado, la selección de la tecnología de conmutación es una consideración importante a la hora de especificar los sensores de nivel de líquido.

Ventajas de la tecnología de interruptores de láminas

Los interruptores de láminas son una tecnología madura y fiable. Los interruptores de nivel de líquido flotante que utilizan la tecnología de interruptor de láminas son dispositivos pasivos y no necesitan una fuente de alimentación externa para funcionar. La acción de conmutación en estos sensores se inicia por la interacción de un imán permanente en el flotador con el interruptor de láminas estacionario.

Estos sensores utilizan un flotador móvil con un imán incrustado para activar uno o más interruptores de láminas en el cuerpo del sensor (Figura 1). El imán se desplaza (flota) de la parte inferior a la superior del interruptor cuando el nivel del líquido sube y baja cuando el nivel del líquido baja. Cuando el imán se acerca o se aleja del interruptor de láminas, éste se enciende o se apaga, según la configuración.

El diagrama del flotador sube y baja el vástago (izquierda) cuando el nivel del líquido sube y bajaFigura 1: El flotador sube y baja por el vástago (izquierda) a medida que el nivel del líquido sube y baja. El vástago contiene el interruptor de láminas estacionario (centro), y cuando el imán del flotador (derecha) se acerca, el interruptor se abre o se cierra según su diseño. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)

La fiabilidad de estos sensores se debe a varios factores: tienen una sola pieza móvil, están construidos con materiales de cuerpo compatibles con los líquidos y tienen un interruptor de láminas herméticamente sellado con puntos de contacto de rutenio con capacidad para más de 10 millones de operaciones de conmutación.

Los interruptores Reed pueden funcionar de forma fiable en entornos de alta temperatura. Tienen un alto grado de aislamiento cuando el interruptor está apagado, con un consumo de corriente inferior al de las tecnologías de interruptores de estado sólido. El cumplimiento de los requisitos de compatibilidad electromagnética (CEM) con los interruptores de láminas se simplifica y solo se requieren pruebas mínimas.

Sensores de nivel de líquido basados en interruptores de láminas

Los diseñadores pueden recurrir a los sensores de nivel de líquido de TE para aprovechar las ventajas de la tecnología de los interruptores de láminas. TE permite a los diseñadores elegir entre casi 20 interruptores de nivel de líquido verticales y horizontales que están disponibles en seis familias, y se fabrican utilizando una amplia gama de materiales con varias opciones de conmutación, ajuste y cable (Figura 2).

Diagrama de los sensores de nivel de líquido flotante de TE ConnectivityFigura 2: Los sensores de nivel de líquido de flotador de TE Connectivity están disponibles en una variedad de configuraciones que incluyen el montaje vertical y el montaje lateral, hasta un ángulo de 90°, y accesorios de montaje universales. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)

Los interruptores de nivel de líquido TE tienen una capacidad nominal de hasta 250 voltios de corriente alterna (CA) o 200 voltios de corriente continua (CC). Tienen la certificación ISO/TS 16949 para productos de automoción y la certificación de la Organización Internacional de Normalización (ISO) para aplicaciones industriales. Algunos modelos cuentan con la homologación UL y la homologación WRAS (Water Regulations Advisory Scheme) del Reino Unido. Tienen una capacidad nominal de más de 10 millones de ciclos de conmutación y están diseñados para facilitar la instalación y el mantenimiento sobre el terreno. Si uno de estos interruptores se estropea, se puede sustituir fácilmente.

TE ofrece sensores de nivel de líquido que miden cuando un depósito está lleno, vacío o parcialmente lleno, y algunos modelos pueden medir varios niveles de líquido. Dispositivos como el sensor de nivel vertical VS801-51 con cuerpo de polipropileno relleno de vidrio están diseñados para su uso en el agua, están disponibles con interruptores N.O. o N.C., y configuraciones SPST o SPDT. El VCS-06, fabricado con nylon 6.6 relleno de vidrio, está disponible con interruptores N.O. o N.C. en configuración SPST (Figura 3). Ambos sensores están disponibles para su uso en aplicaciones con agua y combustibles en ebullición, con algunos modelos clasificados para funcionar hasta +130 °C y 4 bares de presión.

Diagrama del sensor de nivel de la serie VCS-06 de TE ConnectivityFigura 3: El sensor de nivel de la serie VCS-06 puede montarse en la parte superior o inferior de un tanque de almacenamiento de líquidos y el flotador puede orientarse para proporcionar un contacto N.O. o N.C. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)

Para las aplicaciones que necesitan medir niveles de líquido individuales entre lleno y vacío, los diseñadores pueden utilizar interruptores de nivel de líquido horizontales. Los ejemplos aprobados por UL incluyen el:

  • LS309-32, fabricado con nylon 6.6 relleno de vidrio y destinado a su uso en aceites, combustibles y líquidos no iónicos. Tiene una configuración SPST, una oscilación de activación estándar de 40.4 milímetros (mm), y está clasificado para 200 voltios DC o 250 voltios AC, con cargas de hasta 70 vatios (W) (Figura 4).
  • LCS-03, con una carcasa de acetal/polipropileno y un flotador de polipropileno espumado. Está diseñado para su uso en aplicaciones de agua y aguas residuales con limitaciones de espacio. Se presenta con un giro corto horizontal compacto (35.5 mm), y con un cable o un conector integral. Es N.C. cuando el flotador está en posición horizontal y está clasificado para 48 voltios CC hasta 40 W.
  • LDS309-11N, con carcasa y flotador de nylon 6.6 relleno de vidrio y destinado a su uso en aceite, combustible y líquidos no iónicos con presiones de hasta 4.7 bar. Es capaz de detectar pequeños cambios en el nivel de líquido con un estrecho recorrido diferencial de 8.65 mm entre la operación y la liberación. El dispositivo utiliza conmutación SPST y está preparado para cargas de hasta 70 W y tensiones de hasta 200 voltios de CC o 250 voltios de CA.

Imagen de TE Connectivity LCS309-32 interruptor de nivel de líquido horizontalFigura 4: El interruptor de nivel de líquido horizontal LCS309-32 tiene una oscilación de activación estándar de 40.4 mm y está diseñado para su uso en aceite, combustible y líquidos no iónicos. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)

Cuando una sola medición de nivel es insuficiente, los diseñadores pueden recurrir a interruptores de rango extendido que pueden llegar a tener un metro de longitud. Por ejemplo, el EVS312-51N utiliza dos interruptores para proporcionar una indicación de tres condiciones de nivel diferentes (Figura 5). El interruptor de alta es un dispositivo N.C., y el de baja es un dispositivo N.O.

Diagrama de los conmutadores de rango extendido, como el EVS312-51N de TE Connectivity (haga clic para ampliar)Figura 5: Los interruptores de rango extendido, como el EVS312-51N, utilizan dos interruptores para proporcionar una indicación de tres condiciones de nivel diferentes. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)

Cuando el flotador está en el límite superior, ambos interruptores están abiertos; cuando está en el límite inferior, ambos interruptores están cerrados; y cuando está entre los límites superior e inferior, el Interruptor Alto está cerrado y el Interruptor Bajo está abierto (Tabla 1).

Posición de flotación Interruptor de alta Interruptor de baja
Límite superior Abierto Abierto
Entre la parte superior y la inferior Cerrado Abierto
Límite inferior Cerrado Cerrado

Tabla 1: El conmutador de nivel alto y el conmutador de nivel bajo del EVS312-51N pueden utilizarse para indicar tres condiciones de nivel diferentes. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)

El EVS312-51N tiene un cuerpo de nylon 6.6 y un flotador de nylon 6.6 relleno de vidrio y está clasificado para 175 voltios de CC o 125 voltios de CA con una carga de hasta 5 W. Se ofrece en configuraciones de montaje interno y externo.

Conclusión:

Los sensores de nivel de líquido basados en interruptores de láminas ofrecen a los diseñadores una opción fiable y de larga duración para aplicaciones duras y exigentes. Los interruptores vienen en una variedad de configuraciones para medir cuando un tanque de retención de líquidos está lleno o vacío, o cuando el líquido está en un nivel predeterminado en el medio, y algunos pueden medir múltiples niveles de líquido. Además, no necesitan una fuente de alimentación externa y pueden cumplir fácilmente los requisitos de compatibilidad electromagnética.

Fuente: https://www.digikey.es/es/articles/how-to-select-and-use-float-liquid-level-sensors-in-industrial-applications