Ventajas y desventajas de los transmisores de nivel por radar: instalación, frecuencias y selección

Los transmisores de nivel por radar se utilizan ampliamente para la medición continua del nivel en tanques industriales, sistemas de tratamiento de agua, procesos químicos, almacenamiento de petróleo, producción de alimentos, minería y silos de materiales en estado sólido en gran volumen. Según el principio de medición y la estructura de la sonda, la medición industrial de nivel mediante radar puede clasificarse, en general, en radar sin contacto y radar de ondas guiadas.

Un transmisor de radar sin contacto emite ondas electromagnéticas a través de una antena hacia la superficie del material y calcula la distancia desde la señal reflejada. Por el contrario, el radar de ondas guiadas dirige el pulso radar a lo largo de una varilla o un cable. Ambas tecnologías se basan en principios de radar, aunque sus métodos de instalación, sus aplicaciones adecuadas y sus requisitos de mantenimiento difieren.

1. ¿Cómo funciona un transmisor de nivel por radar?

Un transmisor de nivel por radar emite ondas electromagnéticas de alta frecuencia hacia la superficie del proceso. Cuando la señal de radar alcanza la superficie de un líquido, una suspensión o un material sólido en estado libre, una parte de dicha señal se refleja hacia el instrumento. El transmisor analiza el tiempo de viaje o la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y la señal reflejada para calcular la distancia hasta la superficie del material.

Cuando se conoce la altura de referencia del tanque o silo, el nivel real puede calcularse de la siguiente manera:

Nivel = Altura de referencia − Distancia entre el radar y la superficie del material

Los instrumentos de radar industriales modernos suelen emplear tecnología de radar de pulsos o FMCW (onda continua modulada en frecuencia). Dado que el radar utiliza ondas electromagnéticas, no requiere aire como medio de propagación y puede operar en condiciones de vacío. Asimismo, por lo general, presenta menor sensibilidad frente a variaciones en la temperatura, la presión y el flujo de aire del aire que las mediciones ultrasónicas.

2. ¿Cuáles son los principales tipos de instrumentos de nivelación por radar?

Transmisor de nivelación por radar sin contacto

La antena se instala por encima del material y no mantiene contacto directo con el medio de proceso. Puede utilizarse con líquidos, lodos, polvos, gránulos y ciertos sólidos en estado libre.

Radar de ondas guiadas

El pulso del radar se propaga a lo largo de una varilla o cable, por lo que emplea una estructura de medición sin contacto. Es adecuado para líquidos de baja constante dieléctrica seleccionados, aplicaciones con espuma, mediciones de interfaz y cámaras de derivación.

El radar sin contacto resulta útil cuando debe minimizarse el contacto directo con el medio del proceso, mientras que el radar de ondas guiadas puede ofrecer ventajas en aplicaciones específicas con espuma, en zonas de interfaz o en recipientes de sección estrecha. La selección final debe tener en cuenta el medio del proceso, la temperatura, la presión, la presencia de espuma, el espacio disponible para la instalación y las condiciones de mantenimiento.

: 3.Principales ventajas de los transmisores de nivel por radar

: medición continua sin contacto

Las antenas de radar sin contacto no requieren permanecer sumergidas en el medio, lo que reduce la exposición directa a la corrosión, el desgaste y la acumulación de residuos.

Amplia capacidad de operación en rangos de temperatura y presión.

Dependiendo del modelo específico, los instrumentos de radar pueden utilizarse en procesos atmosféricos, en vacío, bajo presión y a altas temperaturas.

Adecuado para líquidos y sólidos.

Las aplicaciones incluyen agua, aceite, productos químicos y lodos, así como cemento, granos, minerales, carbón y otros sólidos en estado bulk.

El haz estrecho reduce las interferencias.

El radar de alta frecuencia puede generar un haz de medición estrecho, lo que ayuda a evitar paredes de embarcaciones, tuberías, vigas estructurales y otros obstáculos internos.

No se ve afectado directamente por cambios en la densidad.

La medición del nivel mediante radar no depende de la presión hidrostática; por tanto, los cambios en la densidad del líquido no provocan directamente el mismo error de nivel que se observa en las mediciones hidrostáticas.

Integración sencilla de automatización.

Dependiendo del modelo, las interfaces pueden incluir 4-20mA, HART y RS485 Modbus RTU para la integración con PLC s, DCS, RTUs y sistemas SCADA.

4. ¿Cuáles son las limitaciones de la medición de nivel mediante radar?

Aunque el radar tiene un amplio rango de aplicaciones, no resulta automáticamente adecuado para todo tipo de proceso sin una selección y una instalación adecuadas. La reflectividad media, la presencia de espuma, el acoplamiento de la antena, las estructuras internas y la posición de montaje pueden afectar aún al rendimiento de la medición.

Medios de baja permitividad

Los medios de baja reflectividad pueden requerir un rango dinámico mayor o una frecuencia de radar y una antena más adecuadas.

Espuma gruesa.

Espuma densa puede atenuar las señales de radar; por tanto, no debe asumirse que el radar pueda penetrar toda clase de espuma sin limitaciones.

Acumulación de masa en la antena.

Un recubrimiento grueso, depósitos o condensación pueden reducir la calidad del eco y deben evaluarse junto con el diseño de la antena y el procesamiento de señales.

Estructuras internas complejas

Los agitadores, bobinas de calentamiento, estructuras de soporte y vigas pueden generar ecos falsos.

Posición de instalación

Incluso un transmisor de radar de alto rendimiento puede producir mediciones inestables si se instala en una posición inadecuada.

5. ¿Cuál es la diferencia entre el radar de alta frecuencia y el radar de baja frecuencia?

La frecuencia del radar influye en la longitud de onda, el tamaño de la antena, el ángulo del haz y la idoneidad para distintas condiciones de proceso. Entre las tecnologías de radar industrial más comunes se encuentran los de 24 GHz.26GHz y 80GHz radar sin contacto, mientras que los productos de menor frecuencia también se utilizan en aplicaciones seleccionadas.

Una frecuencia más elevada implica una longitud de onda más corta. Con un tamaño de antena similar, un radar de frecuencia más alta suele generar un haz más estrecho.El radar de menor frecuencia presenta una longitud de onda más larga y puede ofrecer ventajas en ciertas condiciones de espuma, condensación o procesos especiales.

6. ¿En qué contextos resulta especialmente útil el radar de alta frecuencia?

Las principales ventajas del radar de alta frecuencia son una longitud de onda más corta, un haz más estrecho y una antena más compacta. Por ejemplo, con el mismo tamaño de antena o uno similar,80GHz El radar puede generar, en general, un haz más estrecho que 26GHz radar, reduciendo la influencia de las estructuras fijas cercanas.

Tanques de almacenamiento de tamaño reducido o pequeño

Recipientes que incluyen tuberías, vigas o agitadores

Silos para cemento, granos y minerales

Aplicaciones que requieren una antena de pequeño tamaño o una conexión de proceso

Instalaciones en las que se debe minimizar la interferencia de paredes o estructuras

Medición a larga distancia que requiere un buen enfoque de haz

Una frecuencia más elevada no implica automáticamente una mayor precisión para todos los instrumentos. El rendimiento real también depende del rango dinámico, del procesamiento de señales, de la reflectividad del medio, del diseño de la antena y de las condiciones de instalación.

– 7. ¿En qué casos debería considerarse el uso de un radar de frecuencia más baja o de un radar de ondas guiadas?

El radar de baja frecuencia aún tiene aplicaciones importantes, pese al uso generalizado de 80GHz tecnología. En procesos que presentan espuma persistente, alta condensación, condiciones inusuales en la fase gaseosa o medios de baja constante dieléctrica seleccionados, puede resultar útil comparar un radar sin contacto de menor frecuencia,80GHz radar y radar de ondas guiadas

El principio de ingeniería correcto, por tanto, no es «una frecuencia más alta siempre es mejor», sino seleccionar la tecnología de radar en función de la reflectividad del medio, la espuma, la condensación, el rango de medición y las condiciones de instalación.

8. Métodos comunes de instalación para radares sin contacto

Los transmisores de radar sin contacto se instalan normalmente desde la parte superior del buque, tanque o silo, mediante una conexión roscada, una brida, un soporte de montaje u otra conexión de proceso adecuada. La antena debe contar con un trayecto de medición despejado y, en general, debe orientarse hacia la superficie media del material de la manera más directa posible.

Evite el llenado por flujo

No dirija el radar directamente hacia sólidos en caída, flujos de líquido entrantes ni chorros intensos.

Evite obstáculos internos de gran tamaño.

Siempre que sea posible, evite agitadores, vigas estructurales, escaleras, bobinas de calefacción y tuberías internas.

Considere la distancia respecto a la pared del recipiente.

No instale el radar de forma innecesariamente cercana a la pared. La distancia adecuada depende del ángulo del haz y de las instrucciones de instalación del producto.

Verifique las dimensiones del boquillo.

Un boquillo largo o estrecho puede generar reflexiones adicionales y debe cumplir con las dimensiones permitidas del modelo seleccionado.

9. ¿Debe la marca de orientación de la brida orientarse siempre hacia la pared del tanque?

No. Algunos transmisores de radar cuentan con una marca de orientación en la brida, la antena o la carcasa, y el fabricante puede especificar una dirección particular respecto a la pared del buque, la abertura de derivación o la estructura interna. No obstante, este requisito depende del diseño de la antena, su polarización y del instrumento específico en cuestión.

Si el producto incluye una marca de orientación, esta debe instalarse de acuerdo con las instrucciones correspondientes a ese modelo específico, en lugar de aplicar una regla universal de «orientación hacia la pared» a todos los transmisores de radar.

10. ¿Cómo se debe instalar el radar en un silo de material sólido en gran volumen?

La superficie de los sólidos en masa generalmente no es horizontal y puede formar un ángulo de reposo. El proceso de llenado también puede generar polvo y provocar cambios continuos en la geometría del material. Por este motivo, el radar no debería instalarse normalmente directamente sobre el flujo de llenado.

El punto de instalación debe proporcionar un nivel promedio representativo y un eco estable.En silos altos o complejos, puede utilizarse una brida ajustable u otro sistema de ajuste angular, siempre que el producto lo permita, de modo que el haz de radar se dirija de forma más eficaz hacia la superficie objetivo.

Si el eco se ve afectado por paredes, vigas de soporte u otras estructuras fijas, puede utilizarse la supresión de ecos falsos para reducir el efecto de esos reflejos estacionarios.

11. ¿Qué es la supresión de eco falso? Las señales de radar

pueden reflejarse no solo en la superficie del material, sino también en las paredes de los vasos, vigas estructurales, tuberías, agitadores y otros elementos internos. Estos reflejos fijos pueden interpretarse erróneamente como el nivel del proceso.

Los transmisores modernos de nivel por radar suelen incluir funciones de supresión de eco falso o de aprendizaje de ecos. Estas funciones permiten identificar y almacenar la posición o las características de los reflejos fijos, de modo que el instrumento pueda reducir su influencia en la medición real del nivel.

La supresión de eco falso es una herramienta de puesta en servicio, no un sustituto de una instalación adecuada. Los obstáculos que puedan evitarse mediante un posicionamiento óptimo del sensor deben abordarse previamente en el diseño de la instalación.

12. ¿Cómo se instala el radar de ondas guiadas?

El radar de ondas guiadas utiliza una varilla o un cable para guiar el pulso radar, por lo que sus requisitos de instalación difieren de los del radar sin contacto. La varilla o el cable deben mantenerse generalmente en posición vertical y no deben entrar en contacto con la pared del buque, las estructuras internas ni los agitadores.

Las sondas de cable flexibles en recipientes profundos también pueden requerir considerar el movimiento y el anclaje en el fondo. El radar de ondas guiadas puede resultar útil en ciertas condiciones de espuma, en medios de baja constante dieléctrica, en mediciones de interfaz y en aplicaciones de derivación, aunque los productos adhesivos o que provocan incrustaciones pueden acumularse en la sonda, aumentando así los requisitos de mantenimiento.

13. ¿Qué información debe confirmarse antes de la selección y la instalación del radar?

: Preguntas frecuentes;

: P1: ¿El radar de alta frecuencia es siempre mejor que el radar de frecuencia más baja?

A1: No. El radar de alta frecuencia ofrece ventajas como un haz estrecho y una antena compacta; sin embargo, en aplicaciones con espuma, alta condensación o medios especiales, puede ser más adecuado el uso de un radar de menor frecuencia o un radar de ondas guiadas.

Pregunta 2: ¿Por qué es?80GHz¿Existe un radar adecuado para tanques pequeños?

A2: Con el mismo tamaño de antena o uno similar,80GHz El radar suele generar un haz más estrecho y puede utilizar una antena de menor tamaño, lo que facilita eludir las paredes de los buques y sus estructuras internas.

Q3: ¿El radar de menor frecuencia tiene una longitud de onda más larga o más corta?

A3: Una longitud de onda más larga. Una frecuencia más baja implica una longitud de onda más larga, mientras que una frecuencia más alta implica una longitud de onda más corta.

Q4: ¿Se ve afectada la medición de niveles mediante radar por la temperatura y la presión?

A4: La propagación de las ondas electromagnéticas generalmente no se ve fuertemente afectada por los cambios habituales en la temperatura o la presión del aire; sin embargo, el instrumento en sí tiene límites especificados de temperatura y presión para sus componentes mecánicos, de sellado de procesos y electrónicos.

Q5: ¿Puede el radar medir medios de baja permitividad dieléctrica?

A5: Sí, pero una constante dieléctrica más baja generalmente implica una reflexión más débil. Se debe seleccionar un radar con un rango dinámico adecuado, frecuencia y diseño de antena adecuados según el medio del proceso.

Q6: ¿Se puede instalar un transmisor de nivel de radar en una boquilla larga?

A6: Sí, pero el diámetro y la longitud de la boquilla deben cumplir los requisitos del modelo específico.Una boquilla que sea demasiado larga o demasiado estrecha puede generar reflexiones adicionales, reducir el eco útil o provocar interferencias.

P7: ¿Debería un 80GHz¿Se utiliza siempre el radar en silos de material en granel y sólido?

A7: 80GHz El radar de haz estrecho es muy adecuado para muchos silos complejos, pero durante la selección aún deben tenerse en cuenta la presencia de polvo, el alcance de medición, la forma de la superficie del material y su reflectividad.

Q8: ¿Cuál es la principal diferencia entre el radar de ondas guiadas y el radar sin contacto?

A8: El radar sin contacto transmite ondas electromagnéticas a través del espacio libre hacia la superficie del material, mientras que el radar de ondas guiadas dirige la señal a lo largo de una varilla o cable y, por tanto, utiliza una estructura de medición por contacto.

Conclusión

Los transmisores de nivel por radar permiten realizar mediciones sin contacto, ofrecen amplia compatibilidad con diversos medios, funcionan en vacío y en condiciones exigentes de temperatura o presión, y se integran fácilmente en sistemas de automatización industrial. No obstante, su rendimiento real sigue estando influenciado por la reflectividad del medio, la presencia de espuma, la condensación, el acúmulo de señal en la antena, la geometría del recipiente y la posición del sensor.

Las principales ventajas del radar de alta frecuencia son su longitud de onda más corta, su haz más estrecho y su antena de dimensiones reducidas, lo que lo hace especialmente adecuado para embarcaciones de pequeño tamaño, tanques complejos y silos de materiales en granel o sólidos. El radar de baja frecuencia sigue teniendo utilidad en aplicaciones específicas con espuma, condensación o medios especiales, mientras que el radar de ondas guiadas resulta útil en ciertos casos relacionados con materiales de baja constante dieléctrica, interfaces, espuma o cámaras de derivación.

METRAVON Los productos de medición de nivel mediante radar deben seleccionarse en función del medio de proceso, el rango de medición, las propiedades dieléctricas, la temperatura del proceso, la presión del proceso, la presencia de espuma, vapor o polvo, la geometría del recipiente y la interfaz de salida requerida. La selección y la instalación adecuadas suelen ser más importantes que limitarse a elegir la frecuencia de radar más alta disponible.