Radar FMCW: ventajas, instalación y criterios de selección

I. ¿Qué es un medidor de nivel por radar FMCW?

Un instrumento de medición de nivel por radar con onda continua modulada en frecuencia se conoce comúnmente como instrumento de medición de nivel por radar FMCW.

Su principio de funcionamiento básico consiste en variar de manera continua la frecuencia de transmisión del radar dentro de un rango de frecuencias determinado y recibir la señal reflejada desde la superficie del medio medido. El instrumento analiza la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y la señal de eco para calcular la distancia desde el radar hasta la superficie del medio; a continuación, convierte dicha distancia en nivel de líquido o nivel de material.

Algunos instrumentos de radar FMCW de 24 GHz utilizan un ancho de banda de barrido lineal de aproximadamente 1 GHz y realizan un escaneo periódico a través de la antena. Las frecuencias de operación y los anchos de banda de barrido varían según el modelo; por lo tanto, los parámetros reales deben basarse en la hoja de datos específica del producto.

II. ¿Cuáles son las características de los medidores de nivel por radar FMCW?

1. Medición mediante barrido de frecuencia continuo

El radar FMCW mide la distancia mediante un barrido lineal continuo de frecuencia.

A diferencia de los sistemas que se basan exclusivamente en una señal de frecuencia fija, el radar de onda continua con modulación de frecuencia determina la posición del objetivo según la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y el eco recibido; por ello, es adecuado para el monitoreo continuo del nivel de líquidos y del nivel de materiales.

2. Adecuado para diversos materiales sólidos: los instrumentos de medición de nivel por radar

FMCW Los instrumentos de nivel por radar pueden utilizarse para diversos sólidos a granel y materias primas industriales, incluidos:

• Carbón;

• Cemento;

• Granos;

• Alúmina;

• Caliza;

• Materias primas químicas.

En sectores industriales como el cemento, la industria química, la protección ambiental, la generación de energía y el procesamiento de alimentos, la medición por radar puede utilizarse para el monitoreo continuo del nivel en silos y tanques de almacenamiento.

3. Medición sin contacto

El radar de espacio libre mide la distancia hasta la superficie del material mediante ondas electromagnéticas y, en general, no requiere que los componentes de medición entren en contacto directo con el medio.

Para polvos, materiales granulares y ciertos medios corrosivos, este producto puede reducir los problemas de desgaste y mantenimiento provocados por el contacto directo entre los componentes de medición mecánica y el medio.

III. Ventajas principales de los instrumentos de medición de nivel por radar FMCW

): El rango de aplicación de los instrumentos de medición de nivel por radar FMCW depende de la frecuencia del radar, el tipo de antena, la capacidad de procesamiento de señales y las condiciones operativas reales.

Bajo condiciones operativas adecuadas, sus características principales son:

• Medición continua y sin contacto;

• Adecuado para líquidos o materiales sólidos;

• Adecuado para la medición de nivel en distancias relativamente largas;

• Se pueden configurar diferentes antenas según las condiciones de operación;

• Puede utilizarse en entornos industriales con polvo, vapor o medios complejos;

• Adecuado para tanques de almacenamiento, silos y recipientes de proceso;

El rendimiento real debe evaluarse en función del modelo específico, del medio y de las condiciones de instalación;

IV.¿Qué tipos de antenas están disponibles para los medidores de nivel por radar?

Los medidores de nivel por radar pueden equiparse con diferentes tipos de antenas según las condiciones de aplicación, entre ellas:

• Antenas de boquilla;

• Antenas parabólicas;

• Antenas de matriz;

• Antenas de varilla;

• Antenas con forma de caída;

• Antenas planas;

• Diseños higiénicos.

Las antenas distintas varían en cuanto al ángulo del haz, las dimensiones de instalación, la resistencia a la corrosión, la adaptabilidad al tipo de material utilizado y las conexiones de proceso.

Por lo tanto, la selección de la antena debe ajustarse a los medios y a las condiciones operativas del sitio, en lugar de determinarse únicamente en función del rango de medición.

V. ¿Cómo se debe seleccionar un modelo de medidor de nivel por radar?

Al seleccionar un modelo de medidor de nivel por radar, se debe evaluar cuidadosamente el entorno de medición real.

Se deben confirmar las siguientes condiciones operativas:

• Si se encuentran gases volátiles corrosivos por encima del medio;

• ¿Se encuentran grandes cantidades de vapor de agua?;

• ¿Se encuentran grandes cantidades de polvo?;

• ¿Es el medio propenso a la cristalización?;

• ¿Se observan grandes cantidades de espuma en la superficie del líquido?;

• ¿La superficie del líquido fluctúa significativamente?;

• ¿El material medido es de naturaleza pulverulenta o granular?;

• ¿Es el líquido altamente corrosivo?;

• ¿Presenta el medio una viscosidad elevada?

Asimismo, debe confirmarse lo siguiente:

• Distancia máxima de medición;

• Temperatura del proceso;

• Presión del proceso;

• Conexión de instalación;

• Tipo de antena;

El rango de medición es solo un parámetro en la selección del radar y no debe utilizarse como única base para elegir un modelo.

VI.¿Qué debe considerarse al instalar un medidor de nivel por radar de onda guiada?

El radar de onda guiada utiliza una varilla de sonda o un cable de acero para guiar la señal de radar; por lo tanto, además de la instalación eléctrica, también debe tenerse en cuenta la posición mecánica del elemento de onda guiada.

1. Desconecte la alimentación eléctrica antes de reemplazar el instrumento

): Antes de retirar el medidor de nivel original o realizar trabajos de cableado, desconecte la alimentación del instrumento y manejue el cableado de señales de acuerdo con las normativas de seguridad eléctrica vigentes en el lugar. (

): Restablezca la alimentación solo después de que la instalación y el cableado hayan sido completados y verificados. (

2. Evite las entradas y las zonas con fuertes perturbaciones.

El radar de ondas guiadas no debe instalarse directamente en entradas de agua, entradas de alimentación o en ubicaciones donde la superficie del líquido experimente fluctuaciones intensas.

El líquido o material que ingresa puede impactar la varilla de sonda o el cable de acero, provocando fluctuaciones en las mediciones.

Durante la instalación, se debe evitar que el elemento de onda guiada entre en contacto directo con las siguientes estructuras:

• paredes de piscina;

• paredes de tanque;

• soportes;

• tuberías;

• otras estructuras metálicas.

3. Mantenga un espacio de seguridad razonable alrededor de la varilla de sonda o del cable de acero

si el cable de acero para ondas guiadas entra en contacto con una pared metálica, pueden producirse reflexiones adicionales y puede desarrollarse desgaste mecánico con el paso del tiempo.

Por lo tanto, el elemento de ondas guiadas debe posicionarse correctamente durante la instalación, manteniendo el espacio de seguridad necesario en función de la estructura real del buque.

La distancia de instalación específica debe determinarse según el manual del instrumento y la estructura real del sitio.

VII. ¿Cómo debe gestionarse la impermeabilización del cable para el radar de ondas guiadas para uso exterior?

En entornos exteriores o húmedos, la entrada del cable es una de las zonas que requieren protección especial.

Se deben tener en cuenta los siguientes puntos durante la instalación del cable:

• Apriete firmemente la junta del cable;

• Sellar correctamente las conexiones de conducto;

• Mantener la integridad impermeable del carcasa del instrumento;

• Instale correctamente los cables blindados;

• Provea un bucle de derrame antes de que el cable ingrese al instrumento.

El bucle de derrame consiste en permitir que el cable forme una curva hacia abajo antes de ingresar al instrumento.

Esto permite que la agua de lluvia o la condensación se derramen desde el punto más bajo, reduciendo así el riesgo de que el agua se desplace a través del cable hacia el compartimento del instrumento.

VIII. ¿Qué debe considerarse durante la prueba de aislamiento del cable de señal?

Algunos proyectos de instalación industrial requieren realizar pruebas de aislamiento tras la instalación de los cables de señal.

Por ejemplo, determinadas especificaciones de proyecto pueden exigir:

• Tensión de prueba de 500 VDC;

• Duración de la prueba de 60 s;

• Resistencia de aislamiento ≥ 20 MΩ.

Se trata de requisitos específicos para la aceptación de proyectos y no constituyen parámetros universales aplicables a todos los proyectos de medidores de nivel por radar.

Antes de realizar una prueba de aislamiento, verifique que la electrónica del instrumento haya sido desconectada del circuito. La prueba debe realizarse de acuerdo con el manual del instrumento y con las especificaciones eléctricas del proyecto para evitar que la tensión de prueba dañe el equipo electrónico.

IX. ¿Cómo debe cablearse un medidor de nivel por radar?

Los instrumentos de nivel por radar pueden utilizar diferentes configuraciones de suministro de energía y de salida de señal.

Antes de realizar el cableado, compruebe siempre:

• Placa de identificación del instrumento;

• Tensión nominal de alimentación;

• Suministro de alimentación CA o CC;

• Definiciones de terminales;

• Polaridad de señal;

• Terminal de tierra;

No realizar la instalación del cableado únicamente basándose en la experiencia con otros modelos de instrumentos;

Algunos documentos de instalación para medidores de nivel por radar recomiendan el uso de cable de par trenzado blindado con un área de sección transversal del conductor de aproximadamente 0,5 mm²–2 mm².

La especificación real del cable debe determinarse de acuerdo con:

• Suministro de energía del instrumento;

• Tipo de señal;

• Distancia del cable;

• Normas eléctricas en el lugar.

X. Procedimiento típico para la instalación eléctrica del medidor de nivel por radar

): La instalación eléctrica in situ suele incluir los siguientes pasos:

1. Desconecte la fuente de alimentación;

2. Verifique la placa de identificación del instrumento y los requisitos de alimentación;

3. Abra el compartimento de terminales del instrumento;

4. Introduzca el cable en el instrumento a través de la junta de cable;

5. Conecte los cables de alimentación y de señal según las marcas de los terminales;

6. Realizar el blindaje y la conexión a tierra según las especificaciones eléctricas;

7. Revisar nuevamente el cableado y la polaridad;

8. Apretar la funda del cable;

9. Verificar la selladura del recipiente;

10. Restablezca la alimentación eléctrica tras confirmar que todo está correcto.

La longitud específica de deshilado de cables, las especificaciones de la herramienta y los procedimientos operativos para los terminales deben aplicarse de acuerdo con el manual correspondiente al modelo.

XI. ¿Por qué los medidores de nivel por radar requieren blindaje y puesta a tierra?

Los sitios industriales pueden contener motores, unidades de variación de frecuencia, bombas, cables de alta potencia y otros equipos eléctricos que pueden generar interferencias electromagnéticas.

El uso adecuado de cables blindados y del sistema de puesta a tierra puede contribuir a mejorar la estabilidad de la transmisión de señales.

Se debe determinar si la blindaje del cable debe estar conectado mediante una puesta a tierra en un único punto o mediante algún otro método de puesta a tierra en función del manual del instrumento y de los requisitos del diseño eléctrico del proyecto.

La puesta a tierra en múltiples puntos de manera incorrecta puede generar bucles de tierra; por ello, no se debe aplicar siempre un único método de puesta a tierra universal en todas las instalaciones.

XII. ¿Cuál es el propósito de los estándares relacionados con los medidores de nivel por radar?

Los estándares relacionados con los medidores de nivel por radar se utilizan principalmente para regular el diseño, la fabricación, las pruebas, la instalación y las aplicaciones industriales de productos.

Los proyectos de ingeniería deben centrarse en los requisitos relacionados con:

• Seguridad eléctrica;

• Protección contra explosiones;

• Protección ambiental;

• Instalación;

• Interfaz de señalización;

• Especificaciones técnicas del proyecto;

El propósito de las normas no es simplemente añadir contenido a la descripción del producto, sino ayudar a confirmar si un instrumento cumple con los requisitos técnicos y de seguridad del proyecto real;

XIII. Lista de verificación para la selección del medidor de nivel por radar

Preguntas frecuentes (FAQ

Pregunta 1: ¿Qué es un medidor de nivel por radar FMCW?

El radar FMCW modifica continuamente la frecuencia transmitida y analiza la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y la señal reflectada para calcular la distancia; esta distancia se convierte posteriormente en nivel de líquido o nivel de material.

Q2: ¿Todos los medidores de nivel por radar FMCW utilizan una frecuencia de 24 GHz?

No. La frecuencia de 24 GHz es solo una de las frecuencias de operación utilizadas por ciertos productos. Los diferentes medidores de nivel por radar pueden emplear frecuencias de operación y anchos de banda de barrido distintos. Los parámetros específicos deben confirmarse según la hoja de datos del producto correspondiente.

Q3: ¿Por qué debe evitar el cable de acero de un radar de ondas guiadas el contacto con la pared del tanque?

El contacto entre el cable de acero y las estructuras metálicas puede generar reflexiones adicionales; asimismo, el fricción a largo plazo puede provocar desgaste mecánico. Por ello, durante la instalación debe mantenerse un espacio de seguridad adecuado.

Q4: ¿Debe el medidor de nivel por radar utilizar un cable de 0,5–2 mm²?

No necesariamente. Este rango se especifica para ciertos productos; la especificación real del cable debe determinarse según el manual específico del instrumento, la distancia del cable y las normas eléctricas vigentes en el lugar.

P5: ¿Basta con confirmar únicamente el rango de medición al seleccionar un medidor de nivel por radar?

No. Asimismo, se deben confirmar el medio, la temperatura, la presión, el polvo, el vapor, la corrosión, la cristalización, la espuma, la viscosidad, la conexión de instalación y otras condiciones operativas.

Q6: ¿Por qué debe contar un cable para medidor de nivel por radar exterior con un bucle de derrame?

El bucle de derrame reduce el riesgo de que la agua de lluvia o la condensación se desplace a través del cable hacia la entrada del cable del instrumento, y contribuye a mejorar la fiabilidad hidráulica de las instalaciones exteriores.

Conclusión

Los instrumentos de medición de nivel por radar FMCW miden la distancia utilizando señales de radar con barrido de frecuencia lineal y pueden utilizarse para el monitoreo del nivel de carbón, cemento, granos, alúmina, piedra caliza, materias primas químicas y otros medios.

En aplicaciones prácticas, el rendimiento de la medición con medidor de nivel por radar no depende únicamente del rango de medición, sino que también está estrechamente relacionado con:

Características del medio, polvo, vapor, corrosión, cristalización, espuma, tipo de antena y condiciones de instalación.

Al instalar un radar de ondas guiadas, se debe prestar especial atención para asegurar que la varilla de sonda o el cable de acero estén correctamente posicionados y no entren en contacto con las estructuras metálicas circundantes.

Para la instalación eléctrica, se debe prestar especial atención a:

Suministro de energía, terminales, blindaje, puesta a tierra y sellado de la entrada de cables.

Las dimensiones específicas, las especificaciones de los cables, los parámetros de prueba y los métodos de cableado deben basarse en la hoja de datos, el manual de instalación y las especificaciones eléctricas del proyecto correspondientes al medidor de nivel de radar.

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