Ángulo del haz del radar de nivel: cálculo y reglas de instalación | METRAVON

Ángulo del haz del sensor de nivel por radar: qué es y cómo dimensionarlo para su tanque

El ángulo del haz de un sensor de nivel por radar describe el patrón de la antena según la convención de su ficha técnica, normalmente un ángulo completo en el contorno de media potencia (-3 dB). Un haz concentrado puede ayudar a evitar paredes y elementos internos, pero la frecuencia por sí sola no define el ángulo ni demuestra que una ubicación de montaje sea adecuada.

Comprender el ángulo de haz citado

El ángulo de haz se cita como ángulo completo en la mayoría de las fichas técnicas, no como medio ángulo. En el borde de ese cono la potencia está 3 dB por debajo del centro: 50 %. Eso no es "sin señal", por lo que un reflector fuerte justo fuera del cono nominal aún puede detectarse. Las reglas prácticas de instalación añaden margen.

Como el haz se ensancha con la distancia, la huella crece linealmente:

Diámetro de mancha (m) ≈ 2 × Distancia (m) × tan(θ / 2)

Donde θ es el ángulo de haz completo. Una aproximación útil para ángulos pequeños: mancha ≈ distancia × ángulo en radianes, por lo que un haz de 4° da unos 70 mm de mancha por metro de alcance.

Tamaño de mancha a distancias reales

A 10 m, el diámetro geométrico de un haz de 8° es de unos 1,4 m. Deje separación adicional para la posición de montaje, las características de la antena y posibles reflectores fuertes fuera del cono nominal.

Aplicar la huella al diseño del recipiente

Tanques estrechos

A 8 m de distancia, un haz de 10° tiene una huella geométrica de unos 1,40 m, mientras que uno de 4° es de unos 0,56 m. En un tanque de 1 m de diámetro, el cono más estrecho da más separación, pero la calidad de instalación sigue dependiendo del desplazamiento, el material de pared, los internos y las características de la antena.

Tubos verticales y boquillas largas

Una boquilla larga puede introducir reflexiones de campo cercano y múltiples. La geometría de haz de campo lejano por sí sola no establece una longitud de boquilla admisible: use los requisitos específicos de antena de diámetro, longitud, protrusión y acabado superficial del manual de instalación.

Tanques con internos

Agitadores, serpentines de calentamiento, deflectores y escaleras están en algún lugar del cono. Los haces estrechos no los eliminan, pero reducen cuántos de ellos puede ver el radar y reducen la energía que devuelven.

Espuma y productos de baja constante dieléctrica

Un haz estrecho puede mejorar la separación de la superficie respecto a los ecos parásitos del tanque. El comportamiento con espuma y líquidos de baja reflectividad también depende del rango dinámico, el diseño de antena y el medio; 80 GHz no penetra la espuma mejor que 26 GHz en todos los casos.

Dimensiones de boquilla y separación de montaje

1. Seleccione el diámetro y la longitud de la boquilla del plano de instalación para la antena exacta.
2. Evite longitud de boquilla y bordes internos innecesarios. La longitud adicional de boquilla no tiene una relación uno a uno universal con la distancia de bloqueo.
3. En el nivel operativo más bajo, compare el radio del haz con la distancia a la pared y a la estructura interna más cercanas. Incluya el espacio libre de montaje específico del modelo y un margen; el cono nominal no es un límite más allá del cual los reflectores resulten invisibles.
4. Mantenga la trayectoria de medición libre de la corriente de entrada y la perturbación superficial resultante.
5. Evite montar directamente sobre un eje de agitador, incluso si las palas están por debajo del rango de medición.
6. En recipientes de plástico o plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV, GRP), evalúe posibles reflexiones de estructuras exteriores al tanque y siga las instrucciones de montaje de la antena. No añada una brida metálica ni una tubería suponiendo que constituyen un blindaje de radiofrecuencia universal.

Lo que un ángulo de haz menor no corrige

• La atenuación de la espuma depende del espesor, la fracción líquida, la conductividad y la estructura de burbujas. El enfoque del haz no elimina estos efectos.
• Condensación en la antena. Un haz estrecho no puede evitar una película sobre su propia cara.
• Constante dieléctrica muy baja en un tanque alto. A 30 m, incluso un haz de 4° tiene 2,1 m de ancho y la energía de retorno de un producto con εr de 1,8 puede seguir por debajo del umbral.

Elegir entre 26 GHz y 80 GHz solo por el ángulo de haz

Ejemplo de dimensionado: boquilla de 100 mm en un tanque de 1,2 m

Un tanque de 1,2 m de diámetro, 8 m de altura, con una boquilla de 100 mm de diámetro y 400 mm de longitud. ¿Qué ángulo de haz es aceptable?

• Separación en el fondo. Para un eje vertical centrado en un tanque de 1,2 m de diámetro a 8 m de distancia, el ángulo completo límite geométrico es 2 × arctan(0,6/8), aproximadamente 8,6 grados, antes de añadir cualquier margen de instalación. Un eje desplazado deja menos espacio hasta la pared más cercana. Un haz de 4 grados ofrece más margen geométrico en este ejemplo simplificado.
• Comprobación de boquilla. El cálculo simple del cono da unos 28 mm a 0,4 m para un haz de 4°, pero esto no prueba que la boquilla sea aceptable: gobiernan el campo cercano de la antena y el plano de montaje especificado.
• La alternativa. A 8 m, un haz de 10° tiene unos 1,40 m de ancho, superando el diámetro de 1,2 m del recipiente. Esto aumenta el riesgo de interacciones con la pared a nivel bajo; no garantiza una lectura falsa en toda instalación.

Una antena de 4° proporciona más separación geométrica en este ejemplo. Confirme la compatibilidad de la boquilla y la calidad de la señal en el rango de nivel requerido antes de seleccionar el instrumento.

Comprobar la separación en una instalación existente

1. Mida el diámetro del tanque y la distancia desde la brida hasta el nivel más bajo que debe medir.
2. Calcule la huella a esa distancia a partir del ángulo de haz de la ficha técnica.
3. Aplique la separación de instalación requerida para el radar real, el desplazamiento de montaje, la pared y las estructuras internas, en lugar de una deducción universal de 100 mm.
4. Si la huella supera la separación disponible, compruebe las curvas de nivel bajo por reflexiones de pared o de múltiples trayectorias.
5. Los cambios posibles incluyen una antena más estrecha o una disposición de tranquilización compatible. Elevar el nivel más bajo medido solo es aceptable si aún cumple el requisito de proceso.

Preguntas frecuentes

¿El ángulo de haz se mide a −3 dB o −6 dB?

Utilice la convención de antena indicada en la ficha. Para el mismo patrón, un contorno de -6 dB suele ser más ancho que uno de -3 dB; los ángulos con definiciones distintas no son directamente intercambiables. Ningún contorno constituye un límite rígido más allá del cual un reflector metálico sea invisible.

¿Puedo calcular la huella a partir del diámetro de la antena?

El tamaño de apertura y la longitud de onda influyen en el haz, pero también importan el diseño y la iluminación de la antena. Una estimación basada en el diámetro no autoriza el montaje. Utilice el ángulo completo y el plano de antena de la configuración pedida; compruebe por separado los límites de boquilla en campo cercano y la huella en campo lejano.

¿Un haz más estrecho significa mayor alcance?

No por sí solo. Compare el alcance declarado para el medio, la intensidad del retorno, la antena, el receptor y la instalación. Un haz concentrado puede reducir ecos parásitos, pero no garantiza un eco de superficie utilizable a través de espuma, depósitos o un espacio de vapor difícil. El alcance y el espacio libre requerido son comprobaciones distintas.

¿Qué pasa si el haz golpea la pared del tanque?

Una pared o estructura interna puede producir ecos fijos o de trayectorias múltiples que interfieran con el seguimiento, especialmente cuando el retorno de la superficie es débil. Compare las curvas en los niveles afectados con la geometría del recipiente. La intersección indica un riesgo que evaluar; no demuestra que todas las instalaciones vayan a dar un valor incorrecto.

¿Un pozo de tranquilización sustituye a un haz estrecho?

Una tubería o cámara compatible puede mejorar el trayecto de medición, pero sus dimensiones, aberturas, riesgo de depósitos y respuesta hidráulica deben ser adecuados para el instrumento y el proceso. Compruebe cualquier configuración de tubería o compensación requerida. No añada un pozo de tranquilización genérico para evitar verificar la disposición de antena y boquilla.

Una revisión de montaje necesita el diámetro y la altura del recipiente, el diámetro y la longitud de la boquilla, los niveles de operación y las ubicaciones de los internos.Obtener una revisión de montaje

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