Precisão de medição de nível radar: orçamento de erro da instalação

Um transmissor de nível radar sai de fábrica com uma precisão de alguns milímetros na ficha técnica, mas o valor que decide a aceitação do inventário de um tanque é o erro acumulado após montagem, cablagem e configuração da escala. A precisão do sistema instalado resulta de várias contribuições independentes, das quais apenas uma está impressa na ficha técnica. Confundir esse valor com a precisão entregue é a causa mais comum de disputas nas leituras de receção.

Porque a precisão da ficha técnica é apenas um dos termos

A precisão de referência descreve o erro de medição declarado nas condições de referência definidas; a resolução descreve a menor variação distinguível ou apresentável. São especificações diferentes. O desempenho instalado depende também do plano de referência, alinhamento, percurso no gás e sistema recetor. Liste separadamente cada contribuição, corrija desvios conhecidos e avalie as correlações antes de combinar termos de incerteza.

Registar cada contribuição antes da colocação em serviço permite acordar por escrito o limite de aceitação antes de encher o tanque. Uma expectativa vaga de «cerca de 5 mm» torna-se um valor justificável e verificável, que instalador e operador podem confrontar com a mesma lista. Também mostra onde se consome a margem, o que importa mais do que o número em destaque no catálogo.

Termos de erro acumulados numa malha radar instalada

A tabela apresenta contribuições típicas para o orçamento de precisão da medição de nível radar instalada. As magnitudes são valores de referência de engenharia para uma amplitude de 12 m em líquidos, a confirmar na ficha técnica atual e na placa de identificação antes de utilização. A coluna das condições indica quando cada termo aumenta ou diminui.

Os valores acima são referências de engenharia ilustrativas para um exemplo de cálculo. Confirme cada um na ficha técnica atual e na placa do aparelho instalado antes de indicar um limite de aceitação.

Como integrar montagem, inclinação e desvio de referência

O desvio de referência começa quando a flange assenta. O transmissor mede a distância a partir do seu plano de referência da antena, raramente coincidente com o ponto «vazio» dos desenhos da instalação. Um afastamento de 0.3 m no tubo tranquilizador ou um adaptador de 50 mm altera o zero sem alterar o sensor. É um desvio fixo, não ruído aleatório: meça-o uma vez com fita e elimine-o na escala. No orçamento permanece apenas a incerteza residual dessa medição, alguns milímetros, não os próprios 300 mm.

A inclinação é um termo geométrico. Um feixe desalinhado prejudica mais a precisão do que o próprio sensor. Um feixe a 2° da vertical ainda devolve um eco forte, mas o percurso adicional a 10 m acrescenta cerca de 6 mm ao nível aparente e cerca de 12 mm a 20 m. Na amplitude de 12 m usada aqui, são 7 mm. Como o termo cresce linearmente com a distância e, para ângulos pequenos, aproximadamente com o quadrado da inclinação, a verificação do alinhamento pertence ao orçamento e não apenas às notas de colocação em serviço. Uma flange orientável ou uma referência de prumo verificada elimina a maior parte deste termo antes da sua contabilização, com maior ganho nos reservatórios mais altos.

Permitividade do vapor e deriva térmica como termos adicionais

O gás acima do líquido nem sempre é ar. Em serviço pressurizado ou criogénico, o vapor tem permitividade superior a 1.0 e o impulso radar propaga-se ligeiramente mais devagar do que no vácuo. Num percurso de 12 m, um índice de refração de 1.001 acrescenta 12 mm de erro de distância se for ignorado: o erro é o percurso multiplicado por (n − 1). Depende do comprimento do percurso e da pressão: a 2 bar manométricos, o índice do azoto ou de vapores de hidrocarbonetos fica perto de 1.001; a 10 bar aproxima-se de 1.005, o que dá 60 mm de erro nos mesmos 12 m. Este termo é frequentemente esquecido quando um tanque correto à pressão atmosférica começa a derivar após pressurização, embora o sensor não tenha mudado.

A deriva térmica é o termo lento. A maioria das eletrónicas radar é compensada, mas a deriva residual mantém-se na ordem de 0.02% da amplitude por cada 10 °C de variação da temperatura da caixa. Uma variação de 30 °C numa amplitude de 12 m representa cerca de 7 mm: pouco numa leitura isolada, mas significativo num parque com dezenas de instrumentos sujeitos a exposições solares diferentes. Registe a temperatura da caixa no ensaio de aceitação para poder reavaliar o termo caso surja uma disputa sobre um tanque.

Exemplo de combinação RSS para uma amplitude de 12 m

Um cálculo RSS útil combina contribuições expressas numa base coerente de incerteza-padrão, com as correlações avaliadas. Não transforma limites arbitrários de erro máximo numa precisão garantida. O exemplo seguinte trata os valores de instalação assumidos como contribuições independentes de incerteza-padrão apenas para ilustrar a aritmética; não são dados medidos em campo pela METRAVON.

Cálculo ilustrativo, com valores de instalação assumidos:

• Referência da ficha técnica: 5 mm
• Desvio de referência: 3 mm
• Inclinação a 12 m: 7 mm
• Efeito do vapor: 12 mm
• Deriva térmica: 7.2 mm
• Interpolação da tabela de arqueação: 2 mm
• Arredondamento PLC: 0.2 mm

RSS = √(5² + 3² + 7² + 12² + 7.2² + 2² + 0.2²) RSS = √(25 + 9 + 49 + 144 + 51.84 + 4 + 0.04) = √282.88 ≈ 17 mm

Resultado: se os valores listados forem assumidos como contribuições independentes de incerteza-padrão em milímetros, o RSS é cerca de 17 mm. É uma incerteza-padrão combinada, não automaticamente um limite de erro garantido de ±17 mm nem um limite de aceitação para entrega. Converta as especificações reais numa base coerente de incerteza, corrija os desvios conhecidos, avalie as correlações e indique qualquer fator de expansão e regra de decisão antes de usar o resultado para aceitação.

Quando o orçamento deixa de ser válido e como registar o limite

Um orçamento de erro pressupõe que o instrumento segue uma superfície real. Deixa de ser útil quando o eco é inválido: nenhum cálculo com termos bem definidos recupera uma leitura inexistente. Se a qualidade do sinal permanece no mesmo valor baixo durante uma variação conhecida do nível, se a leitura fica no fim de escala com o tanque comprovadamente vazio ou se a curva apresenta um pico fixo independente do líquido, a falha está no sensor, montagem ou processo, não na cadeia de precisão. Localize-a pela curva de eco e pelo registo de instalação; só refaça o orçamento depois de restabelecer um eco válido.

O orçamento também não é adequado quando o nível é realmente descontínuo, como numa superfície em ebulição violenta ou num tanque com tubagens internas que refletem mais do que o líquido. O erro dominante é estrutural e exige tubo tranquilizador, ondas guiadas ou outro percurso de medição antes de um valor de precisão ter significado. Registe então o orçamento no processo de colocação em serviço como um único limite assinado, com os termos anexos, para que uma leitura posterior fora desse limite possa ser associada a uma contribuição específica sem refazer tudo.

Perguntas frequentes

P1. A precisão da ficha técnica é igual à precisão instalada?

Não. O desempenho deve ser avaliado nas condições reais, incluindo referência, inclinação, vapor, deriva e escala do sistema recetor. O RSS do exemplo é cerca de 17 mm apenas quando se assumem contribuições independentes de incerteza-padrão. Não é diretamente comparável com um limite de erro de ±5 mm especificado noutra base, nem é automaticamente um limite de aceitação instalado garantido. Acorde a base de incerteza e a regra de decisão antes da assinatura.

P2. Porque usar a raiz da soma dos quadrados em vez de somar os erros?

O RSS combina componentes expressas numa base coerente de incerteza-padrão depois de avaliar as correlações. Nomes diferentes não garantem independência. Uma soma linear pode limitar contribuições simultâneas no pior caso; são necessários um fator de expansão e uma regra de decisão acordada quando a incerteza é usada na aceitação.

P3. Que termo costuma dominar o orçamento radar instalado?

A variação da permitividade do vapor é o maior termo em tanques pressurizados ou criogénicos, atingindo cerca de 12 mm numa amplitude de 12 m a 2 bar manométricos. Nos tanques atmosféricos, o desvio de referência e a inclinação costumam dominar. Identifique primeiro o termo principal: reduzi-lo oferece a maior margem.

P4. O erro de inclinação aumenta com a altura do tanque?

Sim. Uma inclinação fixa de 2° acrescenta cerca de 6 mm a 10 m e cerca de 12 mm a 20 m, pois o percurso adicional cresce com a distância. Verifique a verticalidade com uma referência de prumo ou flange orientável antes de considerar nulo o termo de inclinação.

P5. O arredondamento PLC importa numa amplitude de 12 m?

Muito pouco. Uma conversão de 16 bits em 0–12 m resolve cerca de 0.2 mm por contagem, muito menos do que os restantes termos. Só é relevante em amplitudes muito curtas ou em medição de transferência de custódia com alta resolução; ainda assim, deve ser listado para manter o orçamento completo.

P6. Quando devo abandonar o orçamento e procurar a falha?

Quando o eco é inválido: qualidade do sinal no mínimo, leitura de fim de escala num tanque comprovadamente vazio ou pico fixo independente do nível. São falhas do sensor, montagem ou processo, não termos da cadeia de precisão, e devem primeiro ser resolvidas com a curva de eco.

RESUMO

O desempenho da medição radar em serviço exige uma avaliação dos erros e incertezas da instalação. Na amplitude ilustrativa de 12 m, as contribuições dão um RSS de cerca de 17 mm se forem tratadas como incertezas-padrão independentes; isso não é automaticamente um limite de erro garantido de ±17 mm. Use valores de instalação verificados, corrija desvios conhecidos, avalie correlações e acorde a cobertura e a regra de aceitação. Se o eco for inválido, comece pelo diagnóstico da falha.