Radar FMCW: vantagens, instalação e critérios de seleção

I. O que é um medidor de nível por radar FMCW?

Um instrumento de medição de nível por radar com onda contínua modulada em frequência é comumente denominado instrumento de medição de nível por radar FMCW.

Seu princípio básico de funcionamento consiste em variar continuamente a frequência de transmissão do radar dentro de uma determinada faixa de frequência e receber o sinal refletido da superfície do meio medido.O instrumento analisa a diferença de frequência entre o sinal transmitido e o sinal de eco para calcular a distância entre o radar e a superfície do meio; em seguida, converte essa distância em nível de líquido ou nível de material.

Alguns instrumentos de radar FMCW de 24 GHz utilizam uma largura de banda de varredura linear de aproximadamente 1 GHz e realizam varreduras periódicas através da antena.As frequências operacionais e as larguras de banda de varredura variam entre diferentes modelos; os parâmetros reais devem ser baseados na ficha técnica específica do produto.

II. Quais são as características dos medidores de nível por radar FMCW?

1. Medição por varredura de frequência contínua

O radar FMCW mede a distância através de uma varredura linear contínua de frequência.

Diferentemente de sistemas que dependem exclusivamente de um sinal de frequência fixa, o radar de onda contínua com modulação de frequência determina a posição do alvo com base na diferença de frequência entre o sinal transmitido e o eco recebido, o que o torna adequado para o monitoramento contínuo do nível de líquidos ou de materiais.

2.Adequado para diversos materiais sólidos –

Os instrumentos de medição de nível por radar FMCW podem ser utilizados para diversos materiais sólidos em volume e matérias-primas industriais, incluindo:

• Carvão;

• Cimento;

• Grãos;

• Alumina;

• Calcário;

• Matérias-primas químicas.

Em setores como a indústria de cimento, produtos químicos, proteção ambiental, geração de energia e processamento de alimentos, a medição por radar pode ser utilizada para o monitoramento contínuo do nível em silos e tanques de armazenamento.

3. Medição sem contato

O radar de espaço livre mede a distância até à superfície do material utilizando ondas eletromagnéticas e, em geral, não exige que os componentes de medição entrem em contato direto com o meio.

Para pós, materiais granulares e certos meios corrosivos, este produto pode reduzir os problemas de desgaste e de manutenção causados pelo contato direto entre os componentes de medição mecânica e o meio.

III.Principais vantagens dos instrumentos de medição de nível por radar FMCW –

A faixa de aplicação dos instrumentos de medição de nível por radar FMCW depende da frequência do radar, do tipo de antena, da capacidade de processamento de sinal e das condições operacionais reais.

Sob condições operacionais adequadas, as principais características incluem:

• medição contínua sem contato;

• adequado para líquidos ou materiais sólidos;

• Adequado para medição de nível em distâncias relativamente longas;

• Diferentes antenas podem ser configuradas conforme as condições de operação;

• Pode ser utilizado em ambientes industriais com poeira, vapor ou meios complexos;

• Adequado para tanques de armazenamento, silos e recipientes de processo;

O desempenho real deve ser avaliado de acordo com o modelo específico, o meio e as condições de instalação;

IV.Quais tipos de antenas estão disponíveis para medidores de nível por radar?

Os medidores de nível por radar podem ser equipados com diferentes tipos de antenas, conforme as condições de aplicação, incluindo:

• Antenas de trombeta;

• Antenas parabólicas;

• Antenas em matriz;

• Antenas em haste;

• Antenas em forma de queda;

• Antenas planas;

• Designs higiênicos.

Diferentes antenas variam em termos de ângulo de feixe, dimensões de instalação, resistência à corrosão, adaptabilidade ao tipo de material utilizado e conexões de processo.

Por conseguinte, a seleção da antena deve ser alinhada com o meio e com as condições operacionais do local, em vez de ser determinada exclusivamente pela faixa de medição.

V. Como deve ser selecionado um modelo de medidor de nível por radar?

Ao selecionar um modelo de medidor de nível por radar, deve-se avaliar cuidadosamente o ambiente de medição real.

As seguintes condições operacionais devem ser confirmadas:

• Se houver gases voláteis corrosivos acima do meio;

• Se há grandes quantidades de vapor de água;

• Se há grandes quantidades de poeira;

• Se o meio é propenso à cristalização;

• Se há grande quantidade de espuma na superfície do líquido;

• Se a superfície do líquido flutua significativamente;

• Se o material medido é pó ou material granular;

• Se o líquido é altamente corrosivo;

• Se o meio apresentar alta viscosidade.

Além disso, deve ser confirmado o seguinte:

• Distância máxima de medição;

• Temperatura do processo;

• Pressão do processo;

• Conexão de instalação;

• Tipo de antena.

A faixa de medição é apenas um parâmetro na seleção de radar e não deve ser utilizada como base exclusiva para a escolha de um modelo.

VI.O que deve ser considerado ao instalar um medidor de nível por radar de onda guiada?

O radar de onda guiada utiliza uma haste de sonda ou um cabo de aço para guiar o sinal de radar. Por conseguinte, além da instalação elétrica, deve também ser considerada a posição mecânica do elemento de onda guiada.

1.Desconecte a alimentação elétrica antes de substituir o instrumento –

Antes de remover o medidor de nível original ou realizar trabalhos de instalação de cabos, desconecte a alimentação elétrica do instrumento e trate os cabos de sinal de acordo com as normas de segurança elétrica aplicáveis no local.

Restaure a alimentação apenas após a conclusão e verificação da instalação e da conexão dos cabos.

2. Evite entradas e áreas com forte perturbação elétrica.

O radar de ondas guiadas não deve ser instalado diretamente em entradas de água, pontos de alimentação ou locais onde a superfície do líquido sofre flutuações intensas.

O líquido ou material entrante pode colidir com a haste de sonda ou com o cabo de aço, provocando flutuações na medição.

Durante a instalação, deve-se evitar que o elemento de onda guiada entre em contato direto com as seguintes estruturas:

• paredes da piscina;

• paredes do tanque;

• suportes;

• tubulações;

• outras estruturas metálicas.

3.Mantenha uma folga razoável ao redor da haste de sonda ou do cabo de aço (

): se o cabo de aço para ondas guiadas entrar em contato com uma parede metálica, podem ocorrer reflexões adicionais e pode surgir desgaste mecânico ao longo do tempo (

). Por isso, o elemento de ondas guiadas deve ser posicionado corretamente durante a instalação, mantendo-se a folga necessária de acordo com a estrutura real do navio.

A distância de instalação específica deve ser determinada de acordo com o manual do instrumento e com a estrutura real do local.

VII. Como deve ser tratada a impermeabilização de cabos para radar de onda guiada para uso externo?

Em ambientes externos ou húmidos, a entrada do cabo é uma das áreas que exigem proteção especial.

Os seguintes pontos devem ser considerados durante a instalação do cabo:

• Aperte firmemente a junta do cabo;

• Selar corretamente as conexões dos condutos;

• Manter a integridade impermeável do invólucro do instrumento;

• Instale corretamente os cabos blindados;

• Instale um loop de derrame antes que o cabo entre no instrumento.

Um loop de derrame consiste em permitir que o cabo forme uma curvatura descendente antes de entrar no instrumento.

Isso permite que a água da chuva ou a condensação escorra do ponto mais baixo, reduzindo o risco de a água se infiltrar pelo cabo dentro do invólucro do instrumento.

VIII. O que deve ser considerado durante a prova de isolamento de cabos de sinal?

Alguns projetos de instalações industriais exigem testes de isolamento após a instalação dos cabos de sinal.

, por exemplo, certas especificações de projeto podem exigir:

• tensão de teste de 500 VDC;

• duração do teste de 60 s;

• resistência de isolamento ≥ 20 MΩ.

Trata-se de requisitos específicos de aceitação de projeto e não são parâmetros universais para todos os projetos de medidores de nível por radar.

Antes de realizar um teste de isolamento, verifique se a eletrônica do instrumento foi desconectada do circuito. O teste deve ser realizado de acordo com o manual do instrumento e as especificações elétricas do projeto, a fim de evitar que a tensão de teste cause danos ao equipamento eletrônico.

IX. Como deve ser cabeado um medidor de nível por radar?

Os instrumentos de nível por radar podem utilizar diferentes configurações de alimentação elétrica e de saída de sinal.

Antes da instalação elétrica, verifique sempre:

• Placa de identificação do instrumento;

• Tensão nominal de alimentação;

• Alimentação elétrica AC ou DC;

• Definições de terminais;

• Polaridade do sinal;

• Terminal de aterramento;

Não realize a instalação apenas com base na experiência com outros modelos de instrumentos;

Alguns documentos de instalação de medidores de nível por radar recomendam cabo com par torcido blindado, com área da secção transversal do condutor de aproximadamente 0,5 mm²–2 mm².

A especificação real do cabo deve ser determinada de acordo com:

• Fonte de alimentação do instrumento;

• Tipo de sinal;

• Distância do cabo;

• Normas elétricas locais.

X.Procedimento Típico de Conexão Elétrica para Medidores de Nível por Radar (

): A conexão elétrica in loco geralmente inclui as seguintes etapas:

1. Desconecte a fonte de alimentação;

2. Verifique a placa de identificação do instrumento e os requisitos de alimentação;

3. Abra o compartimento de terminais do instrumento;

4. Insira o cabo no instrumento através da junta de cabos;

5. Conecte os fios de alimentação e de sinal de acordo com as marcações dos terminais;

6. Realizar o blindagem e o aterramento de acordo com as especificações elétricas;

7. Verificar novamente o cablagem e a polaridade;

8. Apertar a junta do cabo;

9. Verificar a vedação do invólucro;

10. Restaure a energia após confirmar que tudo está correto.

O comprimento específico de remoção de isolamento dos fios, as especificações da ferramenta e os procedimentos operacionais para terminais devem ser realizados de acordo com o manual do modelo correspondente.

XI. Por que os medidores de nível por radar exigem blindagem e aterramento?

Os locais industriais podem conter motores, acionamentos de frequência variável, bombas, cabos de alta potência e outros equipamentos elétricos que podem gerar interferência eletromagnética.

O uso adequado de cabos blindados e do aterramento pode contribuir para melhorar a estabilidade da transmissão de sinal.

A decisão de se deve utilizar aterramento em ponto único ou outro método de aterramento para a blindagem do cabo deve ser determinada de acordo com o manual do instrumento e com os requisitos do projeto elétrico do projeto.

Um aterramento em múltiplos pontos inadequado pode gerar loops de terra; por isso, não se deve aplicar um método de aterramento universal em todas as instalações.

XII. Qual é o objetivo dos padrões relacionados aos medidores de nível por radar?

Os padrões relacionados aos medidores de nível por radar são utilizados principalmente para regular o design, fabricação, testes, instalação e aplicações industriais de produtos.

Os projetos de engenharia devem focar-se nos requisitos relacionados a:

• Segurança elétrica;

• Proteção contra explosões;

• Proteção ambiental;

• Instalação;

• Interfaces de sinal;

• Especificações técnicas do projeto.

O objetivo das normas não é simplesmente acrescentar conteúdo à descrição de um produto, mas sim ajudar a confirmar se um instrumento cumpre os requisitos técnicos e de segurança do projeto real.

XIII. Lista de Verificação para Seleção de Medidores de Nível por Radar

; Perguntas Frequentes (FAQ):

; Pergunta 1: O que é um medidor de nível por radar FMCW?

O radar FMCW altera continuamente a frequência transmitida e analisa a diferença de frequência entre o sinal transmitido e o sinal refletido para calcular a distância; essa distância é, então, convertida em nível de líquido ou nível de material.

Q2: Todos os medidores de nível por radar FMCW utilizam 24 GHz?

Não. O 24 GHz é apenas uma frequência de operação utilizada por certos produtos. Diferentes medidores de nível por radar podem utilizar frequências de operação e larguras de banda de varredura distintas.Os parâmetros específicos devem ser confirmados na ficha técnica do produto correspondente.

Q3: Por que o cabo de aço de um radar de onda guiada deve evitar o contato com a parede do tanque?

O contato entre o cabo de aço e as estruturas metálicas pode gerar reflexões adicionais; além disso, a fricção de longo prazo pode provocar desgaste mecânico. Por isso, deve ser mantida uma folga adequada durante a instalação.

Q4: Um medidor de nível por radar deve utilizar cabo com área de cross-section de 0,5–2 mm²?

Não necessariamente. Esta faixa de medição é especificada para determinados produtos. A especificação real do cabo deve ser definida de acordo com o manual específico do instrumento, a distância do cabo e as normas elétricas do local.

Q5: Será suficiente apenas confirmar a faixa de medição ao selecionar um medidor de nível por radar?

Não.Devem também ser confirmadas as condições de meio, temperatura, pressão, poeira, vapor, corrosão, cristalização, formação de espuma, viscosidade, conexão de instalação e demais condições de operação.

Q6: Por que um cabo de nível por radar para uso exterior deve possuir um laço de drenagem?

O laço de drenagem reduz o risco de água da chuva ou condensação se propagarem ao longo do cabo até a entrada do cabo do instrumento, contribuindo para aprimorar a confiabilidade de vedação contra água em instalações externas.

Conclusão

Os instrumentos de nível por radar FMCW medem a distância utilizando sinais de radar com variação linear de frequência e podem ser utilizados para o monitoramento do nível de carvão, cimento, grãos, alúmina, calcário, matérias-primas químicas e outras substâncias.

Em aplicações práticas, o desempenho da medição com medidor de nível por radar depende não apenas da faixa de medição, mas também está intimamente relacionado com:

Características do meio, poeira, vapor, corrosão, cristalização, espuma, tipo de antena e condições de instalação.

Ao instalar um radar de onda guiada, deve-se prestar especial atenção para garantir que a haste da sonda ou o cabo de aço estejam corretamente posicionados e não entrem em contato com as estruturas metálicas circundantes.

Para a instalação elétrica, deve ser prestada atenção especial aos seguintes aspectos:

Alimentação elétrica, terminais, blindagem, aterramento e selagem da entrada de cabos;

Dimensões específicas, especificações dos cabos, parâmetros de teste e métodos de conexão devem basear-se na ficha técnica, no manual de instalação e nas especificações elétricas do projeto para o medidor de nível de radar correspondente.

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