¿Cómo seleccionar un transmisor de nivel por radar de 26 GHz? Principio de funcionamiento, antena, rango de medición y parámetros de adquisición.

1. ¿Qué es un transmisor de nivel por radar de 26 GHz?

Un transmisor de nivel de radar de 26 GHz generalmente se refiere a un instrumento de nivel de radar industrial que opera en la banda K a una frecuencia de aproximadamente 26 GHz.

Se puede utilizar para:

• Tanques de almacenamiento de líquidos;

• Recipientes para procesos químicos;

• Tanques de petróleo;

• Tanques de agua;

• Silos de cemento;

• Silos de polvo mineral;

• Silos de cereales;

• Búnkeres de carbón;

• Silos de cenizas volantes;

• Silos de material granular.

La banda de 26 GHz fue durante muchos años una de las principales bandas de frecuencia para la medición de nivel por radar industrial. Hoy en día, el mercado incluye productos de radar que funcionan en diferentes bandas de frecuencia, como 6 GHz, 26 GHz y aproximadamente 80 GHz.

Las diferentes frecuencias no deben entenderse simplemente como “la nueva tecnología debe reemplazar a la vieja”.

La selección de ingeniería aún debe basarse en:

Condiciones de funcionamiento + estructura de instalación + rango de medición + medio + antena.

2. ¿Cómo funciona un transmisor de nivel por radar de 26 GHz?

El radar transmite ondas electromagnéticas hacia la superficie del medio medido.

Cuando las ondas electromagnéticas llegan a la superficie, parte de la energía es reflejada y recibida por la antena.

El instrumento analiza la relación entre las señales transmitidas y devueltas para calcular la distancia entre la antena y la superficie del material.

Para una medición típica del tiempo de vuelo, la relación se puede expresar como:

D = c × t / 2

donde:

• D= distancia;

• c= velocidad de propagación de la onda electromagnética;

• t= tiempo de viaje de la señal de ida y vuelta.

Luego, el instrumento convierte la distancia medida en un nivel de líquido o nivel de sólido a granel de acuerdo con la distancia de referencia del tanque vacío configurada.

Sin embargo, cabe señalar un punto:

26 GHz describe la banda de frecuencia operativa. No representa un único método de procesamiento de señales.

Diferentes productos de radar de 26 GHz pueden utilizar diferentes tecnologías de procesamiento de señales y medición de radar. Por lo tanto, no todas las características de rendimiento deben juzgarse únicamente a partir del término “26 GHz”.

Proceso básico de medición por radar de 26 GHz

Paso 1 – Transmisión:La antena del radar transmite ondas electromagnéticas hacia la superficie líquida o sólida.

Paso 2 – Propagación:Las ondas electromagnéticas viajan a través del espacio de medición hacia la superficie objetivo.

Paso 3 – Reflexión:Parte de la energía de las microondas se refleja desde la superficie del medio medido.

Paso 4 – Recepción:La antena del radar recibe la señal del eco reflejada.

Paso 5 – Cálculo de nivel:La electrónica calcula la distancia y la convierte en el nivel correspondiente de líquido o material según la geometría configurada del tanque.

3. ¿Por qué se ha utilizado ampliamente el radar de 26 GHz para la medición de niveles industriales?

El radar de 26 GHz se utiliza ampliamente en aplicaciones industriales desde hace muchos años, principalmente porque ofrece:

• Medición sin contacto;

• Idoneidad tanto para líquidos como para sólidos a granel;

• Rangos de medición relativamente largos;

• Múltiples configuraciones de antena;

• Capacidad para manejar embarcaciones industriales relativamente complejas;

• Versiones a prueba de explosiones, de alta temperatura y de alta presión;

• Madura 4–20 mA/HART y otras interfaces industriales.

Por ejemplo, la información disponible públicamente sobre el Endress+Hauser FMR51 muestra que este radar líquido de banda K de aproximadamente 26 GHz se puede utilizar en aplicaciones de alta temperatura y alta presión y está disponible con antenas de bocina. El FMR57 está diseñado para materiales sólidos a granel en polvo y granulados.

Por tanto, el radar de 26 GHz no se limita a la medición de líquidos.

4. ¿Hasta dónde puede medir un radar de 26 GHz?

No existe una respuesta única a la pregunta: "¿Cuántos metros puede medir un radar de 26 GHz?"

El rango de medición máximo depende de:

• Diseño de transmisores y receptores;

• Ganancia de antena;

• Reflectividad del medio medido;

• Ángulo de la superficie del material;

• Condiciones de polvo;

• Acumulación de material en la antena;

• Posición de instalación;

• Algoritmos de procesamiento de señales.

Los productos de radar industrial de 26 GHz en el mercado incluyen modelos con rangos de medición de alrededor de 20 m, así como versiones con capacidad para aproximadamente 40 mo 70 m.

Por ejemplo, algunas especificaciones disponibles públicamente para productos de radar para sólidos a granel de 26 GHz indican distancias máximas de medición de hasta aproximadamente 70 m. Sin embargo, el rendimiento real de la aplicación aún puede verse afectado por constantes dieléctricas bajas, superficies de material suelto, ángulo de reposo y acumulación de material.

Por lo tanto, la contratación no debe centrarse únicamente en la cuestión:

"¿Es este un radar de 70 metros?"

La pregunta de ingeniería más significativa es:

“¿Puede este radar medir de forma fiable 70 metros en mis condiciones reales de instalación y medio?”

5. ¿Cuál es el ángulo de haz de un radar de 26 GHz?

El ángulo del haz está fuertemente relacionado con la apertura de la antena.

Por ejemplo, con algunas antenas de bocina de 26 GHz:

• Las antenas de pequeña apertura pueden tener ángulos de haz superiores a 20°;

• Las antenas de bocina más grandes pueden reducir el ángulo del haz a aproximadamente 8°-10°;

• Las antenas parabólicas grandes pueden reducir aún más el ángulo del haz.

Según información pública de Endress+Hauser, algunos productos de radar de 26 GHz con una antena de bocina de 100 mm tienen un ángulo de haz típico de aproximadamente 8°. Las grandes antenas parabólicas utilizadas para mediciones de sólidos a granel pueden alcanzar ángulos de haz de aproximadamente 3,5°–4°.

Por lo tanto, el tamaño de la antena es particularmente importante cuando se aplica un radar de 26 GHz a silos altos.

6. ¿Cómo se debe seleccionar la antena para un transmisor de nivel por radar de 26 GHz?

Tanques de almacenamiento de líquidos convencionales

En primer lugar se pueden considerar las antenas de bocina u otras estructuras de antenas convencionales de espacio libre.

Silos altos

Las opciones clave para evaluar incluyen:

• Antenas de bocina de gran apertura;

• Antenas parabólicas;

• Estructuras de antenas de haz estrecho.

Medios corrosivos

Preste especial atención a la compatibilidad de:

• PTFE;

• MIRAR;

• 316 L;

• Materiales de aleación;

• Materiales de sellado;

• Otros materiales mojados o expuestos.

Silos con alto contenido de polvo

Además del ángulo del haz, considere:

• Acumulación de polvo en la antena;

• Si hay disponible una conexión de purga de aire;

• Ángulo de instalación;

• Concentración de polvo.

7. ¿Cómo afecta la constante dieléctrica al radar de 26 GHz?

La medición por radar depende de la reflexión de ondas electromagnéticas desde la superficie del medio medido.

En general, cuanto más fuerte sea la reflectividad del radar del medio, más fácil será para el instrumento identificar el eco de retorno.

Para medios con baja constante dieléctrica, se debe prestar mayor atención a:

• Medición de distancia;

• Ganancia de antena;

• Geometría de la superficie del material;

• Ángulo de instalación;

• Capacidad de procesamiento de señales.

Para materiales sólidos a granel, también se debe considerar el grado de compactación.

Un mismo material puede proporcionar diferentes condiciones de eco cuando:

• Altamente compactado;

• Ser transportado neumáticamente;

• Rodeado de mucho polvo;

• Muy suelto o aireado.

8. ¿El polvo afecta al radar de 26 GHz?

En comparación con la tecnología ultrasónica, el radar utiliza ondas electromagnéticas y no depende de la velocidad de propagación del sonido en el aire. Por lo tanto, proporciona importantes ventajas de ingeniería en muchas aplicaciones polvorientas.

El radar industrial de 26 GHz se ha utilizado ampliamente para:

• Cemento;

• Harina cruda;

• piensos para animales;

• Carbón;

• Partículas minerales.

La información técnica de productos de radar industriales relevantes también identifica los silos con alto contenido de polvo como aplicaciones típicas de radar de 26 GHz.

Sin embargo, la afirmación “el radar puede medir a través del polvo” no significa que una cantidad ilimitada de polvo nunca pueda afectar la medición.

Si las condiciones severas de polvo también resultan en una gran acumulación de antena, es posible que aún sea necesario purgar el aire y realizar un mantenimiento regular.

9. ¿Puede el radar de 26 GHz medir en condiciones de alta temperatura y alta presión?

Sí, pero se debe seleccionar un modelo diseñado específicamente para las clasificaciones de temperatura y presión requeridas.

El principio de medición del radar en sí no hace que el instrumento completo sea adecuado para aplicaciones de alta temperatura o alta presión.

Los límites reales de temperatura y presión están determinados por componentes tales como:

• Estructura de antena;

• Sellos de proceso;

• Bridas;

• Estructura de aislamiento térmico;

• juntas tóricas;

• Diseño de aislamiento de unidades electrónicas.

En el mercado se encuentran disponibles productos de radar de 26 GHz diseñados para servicios de alta temperatura y alta presión. Algunos modelos industriales publican clasificaciones de temperatura de proceso que alcanzan varios cientos de grados Celsius y clasificaciones de presión adecuadas para servicios de alta presión.

Sin embargo, estos valores son capacidades de modelos específicos y no deben aplicarse a todos los instrumentos de radar de 26 GHz.

10. ¿Qué parámetros se deben proporcionar al comprar un transmisor de nivel por radar de 26 GHz?

Al solicitar una cotización, se recomienda proporcionar la siguiente información de una sola vez:

Estos parámetros proporcionan mucho más valor de ingeniería que simplemente preguntar: "¿Cuánto cuesta un radar de 26 GHz?"

11. ¿Cómo se debe entender el radar de 26 GHz y 80 GHz?

El radar de 80 GHz tiene una longitud de onda más corta y generalmente puede producir un haz más estrecho con una antena más pequeña.

Esto proporciona ventajas en aplicaciones como:

• Tanques de almacenamiento estrechos;

• Pequeñas conexiones de proceso;

• Tanques con estructuras internas complejas.

Sin embargo, esto no significa que todas las aplicaciones de 26 GHz deban actualizarse a 80 GHz.

Las instalaciones maduras existentes de 26 GHz, las conexiones de proceso más grandes, las estructuras de alta temperatura y alta presión, o ciertas aplicaciones de sólidos a granel aún pueden ser adecuadas para el radar de 26 GHz, dependiendo de las condiciones operativas reales.

La frecuencia es sólo un parámetro en el proceso de selección general.

FAQ

P1: ¿“Transmisor de nivel de radar de 26 GHz” significa que el radar funciona a 26 GHz?

A:Generalmente sí. En aplicaciones industriales, generalmente se refiere a un radar de banda K que funciona aproximadamente a 26 GHz.

P2: ¿Puede un radar de 26 GHz medir sólidos a granel?

A:Sí. El radar de 26 GHz se utiliza desde hace mucho tiempo para materiales en polvo y granulares como cemento, polvo mineral, carbón y cereales.

P3: ¿Cuál es el rango máximo de medición de un radar de 26 GHz?

A:No existe un valor universal. Los productos industriales están disponibles en diferentes clases de rangos de medición y algunos modelos de sólidos a granel pueden alcanzar aproximadamente 70 m. El rango utilizable real aún depende de las condiciones de operación.

P4: ¿Cuál es mejor, el radar de 26 GHz o el radar de 80 GHz?

A:La selección debe basarse en la estructura del tanque, el tamaño de la conexión al proceso, el medio, el rango de medición, la temperatura y las condiciones de presión. La frecuencia por sí sola no determina qué opción es mejor.

P5: ¿Puede un radar de 26 GHz medir el petróleo?

A:Sí. Sin embargo, se deben confirmar las propiedades dieléctricas del aceite, las condiciones del vapor, la temperatura, la presión y los requisitos a prueba de explosiones.

P6: ¿Un radar de 26 GHz tiene una zona ciega?

A:La limitación de la medición de campo cercano depende del modelo específico y de la estructura de la antena. Se debe comprobar la ficha técnica del producto seleccionado en lugar de asumir un valor fijo universal como 8 cm o 40 cm.

P7: ¿Requiere mantenimiento un radar de 26 GHz?

A:El radar no tiene partes móviles que deban entrar en contacto directo con el medio medido, pero aún así se debe verificar la acumulación de polvo, condensación, el estado del sellado y el estado del cableado de la antena.

P8: ¿Qué información utiliza METRAVON para la selección del radar?

A:METRAVON recomienda proporcionar los parámetros completos del tanque y fotografías de campo. La distancia de medición, las características del medio y las condiciones de instalación deben evaluarse juntas para determinar la frecuencia, la antena y la conexión al proceso adecuadas.

Conclusión

Un transmisor de nivel por radar de 26 GHz es un instrumento industrial maduro de medición de nivel sin contacto.

Para la adquisición de proyectos, los parámetros que realmente deben evaluarse incluyen:

Rango de medición, antena, ángulo del haz, reflectividad media, temperatura, presión, polvo, estructura de instalación y requisitos a prueba de explosiones.

Las especificaciones individuales como “26 GHz”, “70 m” o “alta precisión” no deben compararse independientemente de las condiciones de funcionamiento reales.

Para tanques de almacenamiento de productos químicos, sistemas de tratamiento de agua, aplicaciones de productos petrolíferos y grandes silos de sólidos a granel, METRAVON recomienda confirmar el proceso básico y las condiciones de instalación antes de la cotización y luego determinar si el radar de 26 GHz, el radar de 80 GHz y la estructura de antena correspondiente proporcionan la solución más adecuada.

Recursos relacionados

Medidores de nivel por radar · Medición de nivel

Autor: Arvin · Fuente: METRAVON Instruments