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1. Qual é a diferença entre os medidores de nível por radar de alta e baixa frequência?
Um medidor de nível por radar utiliza ondas eletromagnéticas para medição de nível sem contato.
O instrumento transmite sinais de micro-ondas em direção à superfície do meio a ser medido por meio de uma antena. Quando esses sinais atingem a superfície de um líquido, pasta, material granular ou pó, são refletidos. O instrumento recebe os sinais de eco e calcula a distância entre o sensor e a superfície do meio com base nas variações no tempo, na frequência ou na fase entre os sinais transmitidos e os sinais refletidos.
O nível real de líquido ou material pode então ser calculado com base na altura do tanque ou silo.
As frequências operacionais comuns utilizadas para medição de nível por radar industrial incluem 6 GHz.26 GHz e aproximadamente 80 GHz.
Em termos do princípio básico:
Quanto maior a frequência, menor é o comprimento de onda.
Quanto menor a frequência, maior é o comprimento de onda.
Essas diferenças influenciam ainda o tamanho da antena, o ângulo do feixe, a direcionalidade e a adaptabilidade do radar a diferentes condições de operação.
Portanto, a distinção entre medidores de nível por radar de alta frequência e de baixa frequência não consiste simplesmente em saber qual é mais avançado ou mais preciso; ambos oferecem vantagens técnicas distintas sob diferentes condições de instalação.
– Medidor de Nível por Radar de Alta Frequência (2,0 GHz). 2. Quais são as vantagens dos medidores de nível por radar de alta frequência?
Os medidores de nível por radar de alta frequência atualmente utilizados em aplicações industriais geralmente incluem 26 GHz e 80 GHz Radar. Nos últimos anos,80 GHz O radar tornou-se cada vez mais comum tanto na medição de nível de líquido quanto na de nível de sólido.
As principais vantagens do radar de alta frequência incluem um feixe estreito, boa direcionalidade, antena de pequeno tamanho e forte resistência a interferências em ambientes complexos.
1. Ângulo de feixe mais reduzido
Com tamanho de antena semelhante, uma frequência de operação do radar mais elevada geralmente facilita a geração de um feixe de transmissão mais estreito.
Um feixe estreito significa que a energia do radar é mais concentrada.
Em um tanque de armazenamento de grande altura, um ângulo amplo do feixe faz com que o feixe de radar cubra uma área cada vez maior à medida que a distância de medição aumenta.
Como resultado, paredes de tanques, escadas, tubulações de enchimento, agitadores, estruturas de suporte, bobinas de aquecimento e outros equipamentos podem entrar no feixe de radar e gerar ecores de interferência.
Radar de alta frequência, em particular 80 GHz O radar pode concentrar a área de medição em uma região mais restrita, reduzindo assim os sinais de interferência gerados por essas estruturas internas.
, portanto, o radar de alta frequência oferece, em geral, vantagens claras em tanques com estruturas internas complexas.
2. Mais adequado para tanques estreitos
Muitos tanques químicos, tanques de dosagem química, tanques de aditivos e tanques de processo de pequeno porte possuem diâmetros relativamente pequenos.
Se o feixe de radar for largo, o sinal pode atingir facilmente a parede do tanque.
Reflexões intensas provenientes das paredes do tanque, soldaduras, tubulações ou suportes podem interferir na identificação do eco real do nível do líquido.
Como o radar de alta frequência possui um feixe mais concentrado, sua instalação e comissionamento são geralmente mais simples em tanques altos e estreitos.
Essa vantagem do feixe estreito torna-se particularmente importante quando o radar não pode ser montado no centro do tanque, mas deve ser instalado próximo à parede do tanque.
3. Tamanho menor da antena
Outra vantagem importante do radar de alta frequência é que a antena pode ser fabricada com dimensões reduzidas.
Um radar de alta frequência geralmente não requer uma antena de grande porte para obter um feixe estreito.
Isso é particularmente importante para tanques de pequeno porte.
Por exemplo, alguns equipamentos possuem apenas uma pequena conexão roscada ou uma flange de pequeno diâmetro na parte superior; se o radar exigir uma antena de tipo "horn", pode não haver espaço suficiente para a instalação.
Um radar de 80 GHz pode utilizar uma antena mais compacta e um sistema de processamento de sinais, sendo, por isso, altamente adequado para:
Tanques de armazenamento pequenos;
Tanques de dosagem química;
Tanques de aditivos químicos;
Tanques de tratamento de água;
Contêineres IBC;
Silos estreitos;
Tanques de alimentação pequenos dentro de equipamentos mecânicos.
4. Mais adequado para tanques com estruturas internas complexas –
: Tanques industriais costumam conter diversas estruturas internas, incluindo:
Lâminas de agitador;
Bobinas;
Aquecedores;
Escadas;
Vigas de suporte;
Tubos de enchimento;
Tubos internos;
Costelas de reforço;
Todas essas estruturas podem gerar reflexões de radar em graus variáveis.
Quando a cobertura do feixe for ampla, o radar pode receber simultaneamente reflexões provenientes da superfície do líquido e de diversos obstáculos fixos.
Embora os instrumentos de radar modernos geralmente disponham de funções de supressão de eco falso e de processamento de sinal, uma posição de montagem adequada e um feixe mais estreito podem ainda reduzir substancialmente a dificuldade de comissionamento.
Para tanques com estruturas internas complexas, um 80 GHz O radar de alta frequência é, por isso, frequentemente uma das soluções preferidas.
3. Por que o radar de alta frequência é adequado para a medição de nível sólido?
A medição de nível sólido difere significativamente da medição de nível líquido.
A superfície de um líquido em repouso é, em geral, plana, enquanto as superfícies de pós e materiais granulares costumam ser irregulares.
, por exemplo, o cimento, a cinza volante, o grão, o minério, a areia, os pellets plásticos e o fertilizante armazenados em silos podem apresentar um ângulo de repouso acentuado.
Um pilar central de material pode ser formado durante o enchimento, enquanto uma superfície de material com formato de funil ou côncavo pode se desenvolver durante a descarga.
A medição do nível de material é, portanto, geralmente mais complexa do que a medição convencional do nível de líquido.
Uma vantagem importante do radar de alta frequência nesses aplicativos é o seu feixe mais concentrado.
Um feixe estreito pode reduzir a interferência proveniente das paredes do silo, dos suportes e de outras estruturas, permitindo que o radar se concentre de forma mais eficaz na superfície do material-alvo.
Por essa razão,80 GHz O radar é amplamente utilizado em:
Silos de cimento;
Silos de cinzas de incineração;
– Silos de grãos;
– Silos de rações;
Silos para pellets plásticos;
– Silos para minério;
– Silos para areia e agregados;
– Silos para fertilizantes;
– Silos para pós químicos;
– Outros silos para materiais em pó ou granulares;
– No entanto, o radar de nível sólido não deve ser selecionado apenas com base na frequência.
A distância máxima de medição, as características dielétricas do material, a concentração de poeira, o tamanho das partículas, a posição de enchimento, a estrutura do silo e a probabilidade de acumulação de material na antena devem também ser considerados.
4. O radar de alta frequência é adequado para ambientes com poeira?
Muitos materiais sólidos geram grandes quantidades de poeira durante o enchimento ou a descarga.
Por exemplo, o cimento, a cinza volátil, a farinha, o pó mineral e certos pós químicos podem gerar uma nuvem de poeira visível durante o enchimento rápido. O radar
utiliza ondas eletromagnéticas para medição, o que torna seu princípio de funcionamento diferente do dos instrumentos ultrassônicos, que dependem de ondas sonoras propagadas pelo ar.
O pó comum, em geral, não afeta a medição por radar ao alterar diretamente as condições de propagação, diferentemente do que ocorre na medição por ultrassom.
Por conseguinte, os medidores de nível por radar adaptam-se geralmente bem a silos que contêm grandes quantidades de pó.
No entanto, se a poeira permanecer aderida à superfície da antena por um período prolongado e formar um depósito espesso, a qualidade do sinal pode ser reduzida.
Para locais com alta concentração de poeira, deve-se prestar atenção à estrutura da antena, à posição de montagem e ao design anti-acumulação.
5. O radar de alta frequência é adequado para ambientes de alta temperatura e alta pressão?
Como os medidores de nível por radar utilizam medição sem contato, podem ser aplicados em diversas condições de alta temperatura, alta pressão e vácuo.
Contudo, deve-se observar o seguinte ponto:
A temperatura e a pressão permitidas dependem da construção do produto específico, e não simplesmente de se ele opera em 80 GHz, 26 GHz, ou 6 GHz.
Diferentes modelos de medidores de nível por radar podem utilizar:
PTFE;
PEEK;
Aço inoxidável;
Cerâmica;
Diferentes materiais de vedação;
Diferentes flanges e conexões de processo.
Ao adquirir um medidor de nível por radar para altas temperaturas, devem ser especificadas as seguintes informações:
Temperatura operacional normal;
Temperatura máxima do processo;
Pressão normal;
Pressão máxima do processo;
Se há vácuo;
Se o meio é corrosivo;
Se é necessária a certificação à prova de explosão.
Um radar de 80 GHz não deve ser automaticamente considerado adequado para todas as aplicações de alta temperatura ou alta pressão.
6. Quais são as vantagens dos medidores de nível por radar de baixa frequência?
O radar de alta frequência oferece vantagens claras, mas isso não significa que o radar de baixa frequência tenha perdido seu valor de aplicação.
O radar de frequência mais baixa ainda apresenta excelente desempenho sob certas condições especializadas de líquidos.
1. Algumas vantagens para superfícies de líquidos fluctuantes
O radar de frequência mais baixa geralmente possui um feixe relativamente mais amplo.
Em determinados tanques de grande porte ou em aplicações com flutuações acentuadas na superfície do líquido, um feixe mais largo pode cobrir uma área superficial maior.
Exemplos incluem:
Tanques de mistura de grande porte;
Tanques com enchimento e descarga rápidas;
Tanques com superfícies de líquido em constante variação;
Certos reatores químicos.
Nessas condições, a superfície do líquido não é completamente plana.
: Se o radar medir apenas uma área local muito pequena que esteja afetada por ondas ou agitação, o eco pode sofrer alterações significativas.
Um feixe mais amplo pode cobrir uma área maior da superfície líquida e, por isso, pode oferecer vantagens práticas em determinadas condições com flutuações intensas.
Moderno 80 GHz O radar também pode lidar com diversas superfícies em constante variação por meio de algoritmos avançados de processamento de sinais; contudo, a decisão final deve continuar a basear-se no desempenho do instrumento específico.
2. Vantagens em determinados ambientes com alta pressão de vapor:
– Podem existir grandes quantidades de vapor em tanques de água de alta temperatura, sistemas de condensação de vapor, reatores e certos tanques de armazenamento químico.
A presença de vapor não implica necessariamente que a medição por radar seja impossível.
Contudo, em condições extremamente severas de vapor e condensação, pode formar-se condensado na antena de radar.
A condensação intensa pode comprometer a transmissão e a receção do sinal de radar.
Alguns produtos de radar de menor frequência dispõem de ampla experiência em projetos de engenharia em ambientes especializados caracterizados por alta concentração de vapor e intensa condensação.
Portanto, um 80 GHz O radar não deve ser selecionado apenas devido à sua frequência mais elevada nas seguintes aplicações:
Água em altas temperaturas;
Ambientes com vapor saturado;
Condensação severa;
Reatores;
Evaporadores;
Tanques selados com alta umidade;
Esses projetos devem ser avaliados de forma abrangente com base no meio, temperatura, pressão e gravidade do vapor;
3. As condições de espuma exigem uma avaliação abrangente;
A espuma representa um desafio complexo na medição do nível líquido;
A espuma pode absorver, refletir ou atenuar sinais de radar.
O efeito real depende dos seguintes fatores:
Espessura da espuma;
Densidade da espuma;
Tamanho das bolhas;
Conteúdo de água na espuma;
Características dielétricas do líquido.
Portanto, é incorreto afirmar que o radar de baixa frequência pode sempre penetrar na espuma ou que 80 GHz O radar pode sempre resolver problemas relacionados à espuma.
O primeiro requisito a ser verificado durante o projeto é o seguinte:
O sistema deve medir a superfície superior da espuma ou o nível real de líquido sob ela?
Trata-se de dois requisitos de medição completamente distintos.
Caso a espuma seja extremamente espessa ou as condições operacionais sejam particularmente complexas, também pode ser avaliada a tecnologia de radar de ondas guiadas ou outra tecnologia de medição do nível de líquido.
7. Quais são as vantagens claras de 80 GHz Medidores de nível por radar?
Com base nos desenvolvimentos atuais na medição industrial, as principais vantagens de 80 GHz Os radares são os seguintes.
Em primeiro lugar, o feixe é altamente concentrado.
Isso o torna particularmente adequado para tanques estreitos e silos complexos.
Em segundo lugar, a antena é de dimensões reduzidas.
Permite o uso de conexões com rosca ou flange de menor porte.
Em terceiro lugar, apresenta melhor adaptação a obstáculos internos.
Pode reduzir a interferência gerada pelas paredes do tanque, escadas, tubulações, agitadores e outras estruturas.
Em quarto lugar, é adequado para medição de nível de material sólido.
É particularmente adequado para silos de pó e de materiais granulados.
Em quinto lugar, a posição de montagem é mais flexível.
Quando a instalação no centro de um tanque é impossível, o feixe estreito pode ser utilizado para evitar estruturas internas o máximo possível.
Em sexto lugar, é possível reduzir ecos falsos desnecessários.
Um bom foco do feixe pode eliminar diretamente certas fontes de interferência, em vez de depender exclusivamente de processamento de sinal posterior, baseado em software.
Por essas razões,80 GHz O radar é altamente adequado para projetos complexos de monitoramento de níveis de líquidos e de níveis de materiais sólidos na automação industrial moderna.
8. É 80 GHz Radar é sempre melhor que 26 GHz Radar?
Não necessariamente.
As principais vantagens de 80 GHz Os radares caracterizam-se pelo feixe estreito, pela antena de dimensões reduzidas e pela capacidade de se concentrar no alvo em ambientes complexos.
No entanto,26 GHz O radar tem sido utilizado em aplicações industriais há muitos anos e também oferece uma tecnologia de medição altamente consolidada.
Em muitos tanques convencionais, um 26 GHz O radar pode fornecer medições estáveis e confiáveis quando:
O diâmetro do tanque for relativamente grande;
A estrutura interna for simples;
A posição de montagem for adequada;
A superfície do líquido apresente boa reflexão;
A distância de medição for moderada;
Não há interferência complexa presente.
Portanto, não é necessário substituir instrumentos de radar de forma arbitrária apenas para obter uma frequência mais alta.
Para novos projetos, um 80 GHz A solução pode ser avaliada primeiro.
Para entidades já estabelecidas 26 GHz Para aplicações, caso a medição permaneça estável, o produto não deve ser considerado obsoleto apenas por operar em uma frequência diferente.
9. Como configurar a frequência de 6 GHz?26 GHz, e 80 GHz Radar – Seletivo?
A seguinte lógica pode ser utilizada ao selecionar uma frequência de radar.
Para tanques de pequeno porte, tanques estreitos, tanques com estruturas internas complexas ou silos de material sólido, um 80 GHz O radar pode ser avaliado em primeiro lugar.
Para tanques convencionais de armazenamento de líquidos com estruturas internas simples,26 GHz O radar é, em geral, também uma solução madura.
Se o local envolver vapor intenso, condensação, flutuações acentuadas na superfície líquida ou outras condições especiais de processo, 6 GHz,26 GHz, e 80 GHz As soluções devem ser comparadas.
A sequência correta de seleção deve, portanto, ser:
Determine o meio medido.
Determine a estrutura do tanque ou silo.
Analisar a temperatura, a pressão, o vapor, a poeira, a espuma e os obstáculos internos.
: Selecione a frequência do radar, o tipo de antena e a conexão do processo.
: A frequência do radar não deve ser selecionada inicialmente e, em seguida, for çada para se adaptar às condições do local.
: 10. Como devem ser selecionados os medidores de nível de radar de alta e baixa frequência?
: Durante a aquisição de equipamentos para o projeto, recomenda-se que sejam fornecidos, no mínimo, os seguintes parâmetros.
Nome do meio medido:
Por exemplo: água, diesel, soluç ãoácida ou alcalina, águas residuais, cimento, cinza volante, grãos ou pellets de plástico.Estado do meio
Indique se se trata de um material líquido, em suspensão, em pó ou granular.Distância máxima de medição
Inclua a altura total do tanque ou silo e a faixa de medição realmente necessária.Diâmetro do tanque
Este item é particularmente importante para tanques estreitos.Temperatura do processo
Forneça tanto a temperatura normal quanto a temperatura máxima.Pressão de processo –
: Isso é particularmente importante para recipientes sob pressão selados.Presença de vapor –
: Este fator deve ser destacado no caso de líquidos e reatores sujeitos a altas temperaturas.Presença de espuma –
: Especificar também se a espuma está presente de forma contínua.Presença de poeira
Para silos de material sólido, especifique o grau de severidade da poeira.Se está presente um agitador ou estruturas internas.
Exemplos incluem tubos, bobinas, escadas e vigas de suporte.Conexão de montagem.
Exemplos incluem filetes G1½, filetes G2, flanges DN50 e flanges DN100.Sinal de saída.
As opções comuns incluem 4–20 mA, HART e RS-485 Modbus.Requisitos de proteção e resistência a explosões;
Exemplos incluem a classificação IP exigida e se a certificação Ex é necessária;Requisitos de alimentação elétrica;
Diferentes sistemas de controle podem utilizar métodos distintos de alimentação elétrica.
Para silos de materiais sólidos, recomenda-se também fornecer o tamanho das partículas, o ângulo de repouso, a posição de enchimento e fotografias do local.
Ao selecionar um medidor de nível por radar, a METRAVON recomenda determinar de forma abrangente a frequência de radar com base nessas condições operacionais reais, em vez de escolher um produto apenas com base na distância de medição.
11. Comparação entre medidores de nível por radar de alta e baixa frequência –
: Os medidores de nível por radar de alta frequência geralmente apresentam as seguintes características:
feixe mais estreito;
boa direcionalidade;
antena de menor dimensão;
adequados para tanques estreitos;
Adequado para estruturas internas complexas;
– Adequado para medição de nível sólido;
– Boa capacidade de controle de interferências provenientes das paredes do silo.
O radar de frequência mais baixa geralmente apresenta as seguintes características:
feixe relativamente mais amplo;
vantagens em certas aplicações envolvendo superfícies líquidas fluctuantes;
ampla experiência de aplicação sob determinadas condições rigorosas de vapor e condensação;
adequado para alguns tanques de armazenamento de líquidos de grande porte e para condições especiais de processo.
Por conseguinte, ambos não são substitutos um do outro.
: A seleção adequada da engenharia deve alinhar o instrumento às condições de aplicação.
– Perguntas Frequentes –
– P1: Um medidor de nível por radar de alta frequência é mais preciso do que um medidor de nível por radar de baixa frequência? –
: Não necessariamente. –
: A precisão da medição depende da frequência do radar, mas também é influenciada pela construção do produto, pela antena, pelo algoritmo de processamento de sinal, pelas condições de instalação e pelas características do meio.
A principal vantagem de 80 GHz O radar se baseia em seu feixe estreito, o que pode reduzir a interferência em tanques complexos.
Durante o processo de aquisição, deve-se rever a especificação de precisão do modelo específico, em vez de avaliar a precisão exclusivamente com base na frequência de operação.
Q2: É 80 GHz O radar é adequado para silos de cimento?
Sim.
Os silos de cimento geralmente apresentam poeira, superfícies de material irregulares e reflexões provenientes das paredes do silo.
O feixe estreito de um 80 GHz O radar pode reduzir as interferências provenientes das paredes e das estruturas internas dos silos, o que o torna altamente adequado para silos de cimento, cinzas volantes, pó mineral e outros tipos de pó.
A distância máxima de medição e as condições de poeira no local ainda devem ser confirmadas durante a fase de aquisição.
Q3: É 80 GHz O radar é adequado para tanques pequenos?
Sim.
Um radar de alta frequência pode gerar um feixe estreito com antena de menor dimensão, o que o torna altamente adequado para tanques pequenos e conexões de processo de pequeno diâmetro.
Q4: Que tipo de radar deve ser selecionado quando há um agitador presente?
, geralmente, deve ser considerado primeiro um radar de feixe estreito.
Se houver lâminas de agitador, bobinas ou estruturas de suporte no interior do tanque, um 80 GHz O radar pode utilizar seu feixe estreito para evitar esses obstáculos o máximo possível.
A posição de montagem também deve ser selecionada com atenção.
Q5: Pode?80 GHz Deve-se usar radar quando houver vapor presente?
Sim, mas deve ser considerada a gravidade do vapor.
: Vapor comum não afeta necessariamente a medição por radar. No entanto, se houver grandes quantidades de vapor ou condensação intensa, deve-se confirmar a adequação do modelo específico e comparar soluções que utilizem frequências diferentes.
Q6: Deve-se selecionar um radar de alta ou baixa frequência quando houver espuma?
: Isso não pode ser determinado apenas com base na frequência.
A espessura e a densidade da espuma devem ser confirmadas, juntamente com a determinação de se o sistema deve medir a superfície da espuma ou o nível líquido real sob ela.
Em condições severas de formação de espuma, devem ser fornecidas informações sobre o local antes da seleção do produto.
Q7: O radar de alta frequência pode ser utilizado com pó?
Sim. Esta é uma das áreas de aplicação importantes para 80 GHz Radar.
O radar pode ser utilizado para medição contínua do nível de cimento, grãos, cinzas volantes, pellets plásticos, fertilizantes, pó mineral e outros materiais semelhantes.
Q8: O radar de baixa frequência ainda é necessário?
Sim.
O radar de baixa frequência ainda apresenta valor de aplicação em determinadas condições, tais como presença de vapor, condensação, flutuações na superfície de líquidos e processos especiais.
Nenhuma frequência específica é adequada para todas as aplicações industriais.
Q9: Um medidor de nível por radar precisa entrar em contato com o meio?
Um medidor de nível por radar convencional em espaço livre não necessita de contato direto com o meio.
Por isso, é especialmente adequado para líquidos corrosivos, líquidos em alta temperatura, efluentes e materiais em pó.
No entanto, os materiais adequados para a antena e para a conexão de processo devem ainda ser selecionados de acordo com o meio e o ambiente do local.
Q10: Quais são os parâmetros mais importantes ao comprar um medidor de nível por radar?
A simples faixa de medição não é suficiente.
No mínimo, devem ser fornecidos o meio de medição, o intervalo de medição, a altura e o diâmetro do tanque, a temperatura, a pressão, o vapor, a espuma, a poeira, os obstáculos internos, a conexão de montagem e o sinal de saída.
Esses parâmetros determinam diretamente a seleção da frequência e do modelo do radar.
Conclusão
Os medidores de nível por radar de alta e baixa frequência possuem, cada um, suas próprias condições de aplicação.
As principais vantagens do radar de alta frequência, particularmente 80 GHz O radar caracteriza-se pelo seu feixe estreito, boa direcionalidade, antena de pequeno tamanho e capacidade de evitar obstáculos no interior do tanque.
Por conseguinte, é altamente adequado para tanques de pequeno porte, tanques estreitos, tanques de processo com estruturas internas complexas e silos de materiais sólidos que contêm cimento, cinza volátil, grãos, minério, pellets plásticos e materiais semelhantes. O radar de frequência mais baixa da
ainda oferece vantagens práticas em determinadas condições que envolvem flutuações severas na superfície de líquidos, grande volume de vapor, condensação e processos líquidos especializados. A seleção do medidor de nível por radar
, portanto, não deve basear-se na premissa de que uma frequência mais elevada seja sempre preferível.
Uma abordagem de engenharia mais adequada consiste em selecionar o instrumento de forma abrangente, com base nas características do meio, na estrutura do tanque, na distância de medição, na temperatura, na pressão, na presença de vapor, espuma ou poeira, bem como nas condições de instalação.
Para projetos de medição contínua de nível envolvendo líquidos, suspensões, pó e materiais granulares, a METRAVON permite selecionar e configurar medidores de nível por radar de acordo com o meio do local, a faixa de medição, a estrutura do tanque, a temperatura, a pressão, a conexão do processo, o sinal de saída e outros requisitos.
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Autor: Arvin · Fonte: METRAVON Instruments
