Vantagens e desvantagens dos transmissores de nível por radar: instalação, frequência e seleção

Os transmissores de nível por radar são amplamente utilizados para medição contínua de nível em tanques industriais, sistemas de tratamento de água, processos químicos, armazenamento de petróleo, produção de alimentos, mineração e silos para materiais sólidos em grande volume. De acordo com o princípio de medição e a estrutura da sonda, a medição de nível por radar em ambientes industriais pode, em geral, ser classificada em radar sem contato e radar de onda guiada.

Um transmissor de radar sem contato emite ondas eletromagnéticas por meio de uma antena em direção à superfície do material e calcula a distância com base no sinal refletido. Por outro lado, o radar de onda guiada direciona o pulso de radar ao longo de uma haste ou cabo. Ambas as tecnologias baseiam-se em princípios de radar, mas diferem nos métodos de instalação, nas aplicações adequadas e nos requisitos de manutenção.

1. Como funciona um transmissor de nível por radar?

Um transmissor de nível por radar emite ondas eletromagnéticas de alta frequência em direção à superfície do processo. Quando o sinal de radar atinge uma superfície de líquido, pasta ou sólido em estado livre, parte desse sinal é refletida de volta ao instrumento. O transmissor analisa o tempo de viagem ou a diferença de frequência entre os sinais transmitido e refletido para calcular a distância até a superfície do material.

Quando a altura de referência do tanque ou silo for conhecida, o nível real pode ser calculado da seguinte forma:

Nível = Altura de Referência − Distância entre o radar e a superfície do material

Os instrumentos de radar industrial modernos utilizam comumente o radar de pulso ou a tecnologia FMCW (Onda Contínua com Modulação de Frequência). Como o radar utiliza ondas eletromagnéticas, não requer ar como meio de propagação e pode operar em condições de vácuo. Além disso, é geralmente menos sensível do que os sistemas de medição ultrassônica às variações de temperatura, pressão e fluxo de ar no ambiente.

2. Quais são os principais tipos de instrumentos de nível por radar?

Transmissor de nível por radar sem contato

A antena é instalada acima do material e não mantém contato direto com o meio de processo. Pode ser utilizada com líquidos, polpas, pós, grânulos e certos sólidos em estado bruto.

Radar de Ondas Guiadas

O pulso do radar propaga-se ao longo de uma haste ou cabo, utilizando, assim, uma estrutura de medição por contato. É adequado para líquidos de baixa constante dielétrica selecionados, aplicações com espuma, medição de interfaces e câmaras de desvio.

O radar sem contato é adequado quando o contato direto com o meio do processo deve ser minimizado, enquanto o radar de onda guiada pode oferecer vantagens em aplicações específicas com espuma, em interfaces ou em vasos de seção estreita. A escolha final deve considerar o meio do processo, temperatura, pressão, uso de espuma, espaço disponível para instalação e condições de manutenção.

– 3.Principais vantagens dos transmissores de nível por radar

: medição contínua sem contato

As antenas de radar sem contato não precisam permanecer imersas no meio, reduzindo a exposição direta à corrosão, ao desgaste e ao acúmulo de resíduos.

Amplo leque de condições de temperatura e pressão

Consoante o modelo específico, os instrumentos de radar podem ser utilizados em processos atmosféricos, em vácuo, sob pressão e em condições de alta temperatura.

Adequado para líquidos e sólidos.

As aplicações incluem água, óleo, produtos químicos e polpas, bem como cimento, grãos, minerais, carvão e outros sólidos em grande quantidade.

Feixe estreito reduz interferências.

O radar de alta frequência pode gerar um feixe de medição estreito, ajudando a evitar paredes de embarcações, tubos, vigas estruturais e outros obstáculos internos.

Não é diretamente afetado por variações na densidade

A medição de nível por radar não depende da pressão hidrostática; portanto, alterações na densidade do líquido não provocam, diretamente, o mesmo erro de nível observado nas medições hidrostáticas.

Integração Fácil de Automação

Dependendo do modelo, as interfaces podem incluir 4-20mA, HART e RS485 Modbus RTU para integração com PLC s, DCS, RTUs e sistemas SCADA.

4. Quais são as limitações da medição de nível por radar?

Embora o radar tenha uma ampla gama de aplicações, ele não é automaticamente adequado para todos os processos, sem uma seleção e instalação adequadas. A refletividade média, a presença de espuma, o acúmulo de antena, as estruturas internas e a posição de montagem podem ainda comprometer o desempenho das medições.

Meios de Baixa Permissividade Dielétrica

Meios com baixa refletividade podem exigir um intervalo dinâmico mais amplo ou uma frequência de radar e uma antena mais adequadas.

Espuma espessa

A espuma densa pode atenuar sinais de radar; portanto, não se pode presumir que o radar penetre em toda a espuma sem limitações.

Acúmulo de massa na antena

Revestimentos pesados, depósitos ou condensação podem comprometer a qualidade do eco e devem ser avaliados em conjunto com o projeto da antena e o processamento de sinais.

Estruturas Internas Complexas

Agitadores, bobinas de aquecimento, estruturas de suporte e vigas podem gerar ecos espúrios.

Posicionamento de Instalação

Mesmo um transmissor de radar de alto desempenho pode produzir medições instáveis se instalado em uma posição inadequada.

5.Qual é a diferença entre o radar de alta frequência e o radar de baixa frequência?

A frequência do radar influencia o comprimento de onda, o tamanho da antena, o ângulo do feixe e a adequação para diferentes condições de processo. As tecnologias de radar industrial mais comuns incluem 24/26GHz e 80GHz radar sem contato, enquanto produtos de menor frequência também são utilizados em aplicações específicas.

Frequências mais elevadas correspondem a comprimentos de onda mais curtos. Com o mesmo tamanho de antena, um radar de frequência mais alta costuma gerar um feixe mais estreito.O radar de menor frequência possui um comprimento de onda mais longo e pode oferecer vantagens em determinadas condições de espuma, condensação ou processos especiais.

6. Em que situações o radar de alta frequência se mostra particularmente útil?

As principais vantagens do radar de alta frequência são o comprimento de onda mais curto, o feixe mais estreito e uma antena mais compacta. Por exemplo, com o mesmo tamanho de antena ou um tamanho semelhante,80GHz O radar pode, em geral, gerar um feixe mais estreito do que 26GHz radar, reduzindo a influência de estruturas fixas próximas.

Tanques de armazenamento estreitos ou de pequeno porte

Vasos contendo tubos, vigas ou agitadores

Silos para cimento, grãos e minerais

Aplicações que exigem uma antena de pequeno porte ou uma conexão de processo

Instalações nas quais se deve minimizar a interferência de paredes ou estruturas

Medição de longo alcance que exija bom foco do feixe

Uma frequência mais elevada não implica automaticamente uma maior precisão para todos os instrumentos. O desempenho real também depende do intervalo dinâmico, do processamento de sinal, da refletividade do meio, do projeto da antena e das condições de instalação.

– 7. Em que situações deve-se considerar o uso de radar de frequência mais baixa ou de radar de onda guiada?

O radar de menor frequência ainda possui aplicações importantes, apesar do uso generalizado de 80GHz tecnologia. Em processos com espuma persistente, alta condensação, condições incomuns na fase gasosa ou meios de baixa constante dielétrica selecionados, pode ser útil comparar um radar sem contato de frequência mais baixa,80GHz radar e radar de ondas guiadas.

O princípio de engenharia correto, portanto, não é "frequência mais alta é sempre melhor", mas sim selecionar a tecnologia de radar de acordo com a refletividade do meio, a presença de espuma, a condensação, o alcance de medição e as condições de instalação.

8. Métodos Comuns de Instalação para Radar Sem Contato

Os transmissores de radar sem contato são normalmente instalados na parte superior do navio, tanque ou silo, utilizando conexão roscada, flange, suporte de montagem ou outra conexão de processo adequada. A antena deve possuir um caminho de medição livre e, em geral, deve estar orientada para a superfície média do material o mais diretamente possível.

Evite fluxos de carga

Não dirija o radar diretamente contra sólidos em queda, fluxos de líquido em entrada ou jatos intensos.

Evite obstáculos internos de grande porte.

Sempre que possível, evite agitadores, vigas estruturais, escadas, bobinas de aquecimento e tubulações internas.

Considere a distância em relação à parede do recipiente.

Não instale o radar de forma desnecessariamente próxima à parede. A distância adequada depende do ângulo do feixe e das instruções de instalação do produto.

Verifique as dimensões do bocal.

Um bocal longo ou estreito pode gerar reflexões adicionais e deve cumprir as dimensões permitidas para o modelo selecionado.

9. A marca de orientação da flange deve sempre apontar para a parede do tanque?

Não. Alguns transmissores de radar possuem uma marca de orientação na flange, na antena ou na carcaça, e o fabricante pode especificar uma direção particular em relação à parede do navio, à abertura de desvio ou à estrutura interna. Contudo, esse requisito depende do projeto da antena, da sua polarização e do instrumento específico em questão.

Se o produto incluir uma marca de orientação, esta deve ser instalada de acordo com as instruções específicas para esse modelo exato, em vez de aplicar uma regra universal de "direcionar para a parede" a todos os transmissores de radar.

10. Como deve ser instalado o radar em um silo de material em massa?

A superfície de sólidos maciços geralmente não é horizontal e pode apresentar um ângulo de repouso. O processo de enchimento também pode gerar poeira e provocar alterações contínuas na geometria do material. Por esse motivo, o radar normalmente não deve ser instalado diretamente acima do fluxo de enchimento.

O ponto de instalação deve oferecer um nível médio representativo e um eco estável. Em silos altos ou de estrutura complexa, pode-se utilizar uma flange ajustável ou outro sistema de ajuste angular, desde que o produto o suporte, de modo a direcionar o feixe de radar de forma mais eficaz em direção à superfície do alvo.

Se o eco for afetado por paredes, vigas de suporte ou outras estruturas fixas, pode-se utilizar a supressão de eco falso para reduzir o impacto desses reflexos estacionários.

11. O que é a supressão de eco falso?

Os sinais de radar podem ser refletidos não apenas pela superfície do material, mas também pelas paredes dos vasos, vigas estruturais, tubulações, agitadores e outros objetos internos. Esses reflexos fixos podem ser interpretados incorretamente como indicadores do nível do processo.

Os transmissores modernos de nível por radar costumam incluir funções de supressão de eco falso ou de aprendizado de eco. Essas funções identificam e armazenam as posições ou características de reflexões fixas, permitindo que o instrumento reduza seu impacto na medição real do nível.

A supressão de eco falso é uma ferramenta de comissionamento, não um substituto para uma instalação correta. Os obstáculos que possam ser evitados mediante um posicionamento adequado do sensor devem ser resolvidos primeiramente no projeto de instalação.

12. Como se instala o radar de onda guiada?

O radar de ondas guiadas utiliza uma haste ou cabo para conduzir o pulso de radar, de modo que os requisitos de instalação diferem dos do radar sem contato. A haste ou o cabo devem, em geral, manter-se em posição vertical e não devem entrar em contato com a parede da embarcação, com estruturas internas ou com agitadores. Em embarcações de grande profundidade, o uso de sondas de cabo flexível (

) também pode exigir a consideração do movimento e do ancoramento no fundo.O radar de ondas guiadas pode ser útil em condições específicas de espuma, em meios de baixa constante dielétrica, em medições de interface e em aplicações de desvio, mas produtos pegajosos ou que se acumulam podem se depositar na sonda, aumentando a necessidade de manutenção.

13. Quais informações devem ser confirmadas antes da seleção e instalação do radar?

– FAQ;

– P1: O radar de alta frequência é sempre melhor do que o radar de frequência mais baixa?

A1: Não. O radar de alta frequência oferece vantagens como um feixe estreito e uma antena compacta, mas certas aplicações — como em meio espumoso, com alta condensação ou em meios especiais — podem ser mais adequadas ao uso de radar de frequência mais baixa ou de radar de ondas guiadas.

P2: Por que é 80GHz Qual radar é adequado para tanques pequenos?

A2: Com o mesmo ou tamanho de antena semelhante,80GHz O radar pode, normalmente, gerar um feixe mais estreito e utilizar uma antena de menor dimensão, o que facilita a evitação das paredes dos navios e das suas estruturas internas.

Q3: O radar de menor frequência possui um comprimento de onda mais longo ou mais curto?

A3: Um comprimento de onda mais longo. Uma frequência mais baixa corresponde a um comprimento de onda mais longo, enquanto uma frequência mais alta corresponde a um comprimento de onda mais curto.

Q4: A medição de nível por radar é afetada pela temperatura e pela pressão?

A4: A propagação de ondas eletromagnéticas geralmente não é fortemente afetada pelas variações normais de temperatura ou pressão do ar; contudo, o próprio instrumento possui limites especificados de temperatura e pressão para componentes mecânicos, selos de processo e sistemas eletrônicos.

Q5: O radar é capaz de medir meios de baixa constante dielétrica?

A5: Sim, contudo, uma constante dielétrica mais baixa geralmente indica uma reflexão mais fraca. Deve-se selecionar um radar com faixa dinâmica, frequência e projeto de antena adequados, conforme o meio do processo.

Q6: É possível instalar um transmissor de nível de radar em um bocal longo?

A6: Sim, desde que o diâmetro e o comprimento do bocal atendam aos requisitos do modelo específico.Um bocal que seja demasiado longo ou demasiado estreito pode criar reflexões adicionais, reduzir o eco útil ou gerar interferências.

Q7: Deveria um 80GHz O radar é sempre utilizado em silos de material em grande quantidade e sólido?

A7: 80GHz O radar de feixe estreito é altamente adequado para diversos silos complexos; contudo, devem ainda ser levados em conta a presença de poeira, o alcance de medição, a forma da superfície do material e a refletividade durante a seleção.

Q8: Qual é a principal diferença entre o radar de ondas guiadas e o radar sem contato?

A8: O radar sem contato transmite ondas eletromagnéticas através do espaço livre em direção à superfície do material, enquanto o radar de ondas guiadas direciona o sinal ao longo de uma haste ou cabo e, portanto, utiliza uma estrutura de medição por contato.

Conclusão

Os transmissores de nível por radar oferecem medição sem contato, ampla compatibilidade com diversos meios, operação em vácuo e em condições exigentes de temperatura ou pressão, além de integração facilitada com sistemas de automação industrial. Contudo, o desempenho real ainda é influenciado pela refletividade do meio, pela presença de espuma, por condensação, pelo acúmulo na antena, pela geometria do recipiente e pela posição do sensor.

As principais vantagens do radar de alta frequência são o comprimento de onda mais curto, o feixe mais estreito e uma antena de dimensões reduzidas, o que o torna particularmente adequado para embarcações de pequeno porte, tanques complexos e silos de materiais em pó ou sólidos. O radar de baixa frequência ainda apresenta valor em aplicações específicas com espuma, condensação ou meios especiais, enquanto o radar de ondas guiadas é útil em determinados casos com materiais de baixa constante dielétrica, em interfaces, com espuma ou em câmaras de desvio.

METRAVON Os produtos de medição em radar devem ser selecionados com base no meio de processo, no intervalo de medição, nas propriedades dielétricas, na temperatura de processo, na pressão de processo, na presença de espuma, vapor ou poeira, na geometria do recipiente e na interface de saída exigida. A seleção e a instalação adequadas são, em geral, mais importantes do que simplesmente escolher a frequência de radar mais elevada disponível.