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Projeto de bocais para transmissores de nível por radar: altura, diâmetro e folgas
Regra de projeto. O bocal de um transmissor de nível por radar faz parte do trajeto de medição, não é apenas uma conexão mecânica. Seu diâmetro, comprimento, acabamento interno e posição determinam se a antena enxerga o produto ou o tanque. Não existe uma relação universal entre altura e diâmetro que seja segura para todas as antenas: use o limite do fabricante específico da antena e depois verifique o feixe em relação à geometria real do recipiente.
Comece com quatro dimensões, não com o tamanho do flange
Antes de selecionar uma conexão DN50, DN80 ou DN100, determine:
a abertura mínima exigida pela antena e seu plano de referência;
a distância desse plano de referência até a superfície mais alta do produto;
o diâmetro interno livre do bocal, descontando as saliências de juntas e soldas;
o envoltório do feixe no produto, considerando a parede do tanque, o agitador, as serpentinas e o jato de enchimento.
Um flange grande não garante uma abertura de medição grande. Reduções, uma junta de flange com face elevada ou uma solda que avance para dentro da passagem podem criar o trecho mais estreito e refletivo.
Exemplo de cálculo da folga do feixe
Para uma antena com ângulo total do feixe de 10°, o raio nominal à distância h é:
r = h × tan(10° ÷ 2)
Para uma distância de medição de 12 m:
r = 12 × tan 5° = 1.05 m
Se a norma de engenharia também exigir uma folga de 0.30 m em relação à parede do tanque, posicione o eixo da antena a pelo menos 1.35 m dessa parede, segundo este modelo simplificado de propagação em espaço livre. Depois, verifique cada outro obstáculo na distância em que ele se encontra, não apenas no fundo do tanque.
Esse cálculo não significa que não exista energia fora do cone nominal nem que um eco dentro dele sempre cause falha. É uma verificação preliminar do arranjo. A ficha técnica da antena e a análise dos ecos continuam necessárias. Um feixe mais estreito de alta frequência pode reduzir a folga exigida, mas não corrige um bocal que já bloqueia a antena.
O que muda quando o bocal é longo
Uma antena recuada pode irradiar a parede do bocal. Isso pode produzir um eco próximo forte, oscilações residuais, atenuação ou uma leitura aparentemente estável que permanece fixada no alvo errado. Aumentar o ganho ou ampliar um mapa de supressão não é um reparo mecânico.
| Observação no desenho | Por que exige análise | Melhor ação de projeto |
|---|---|---|
| A face da antena fica acima da saída do bocal | O trajeto até o produto começa dentro de um tubo refletivo | Usar uma extensão de antena aprovada ou revisar o bocal |
| Bocal longo de pequeno diâmetro interno | Reflexões internas múltiplas e feixe restrito | Verificar o limite de comprimento/diâmetro do modelo exato |
| Bocal próximo à parede | A parede entra no feixe em níveis mais baixos | Reposicionar ou selecionar um feixe mais estreito adequado |
| Bocal ao lado da entrada de enchimento | O produto em queda e os respingos cruzam o sinal | Afastar do jato ou adotar um arranjo tranquilizador adequado |
| A junta avança para dentro da passagem | Uma descontinuidade no campo próximo | Especificar o diâmetro interno (ID) correto da junta e o controle de instalação |
| Bocal inclinado em um tampo abaulado | A antena pode não apontar para a superfície como previsto | Verificar a inclinação permitida e a geometria real de reflexão |
A formulação mais segura para uma especificação de compra não é “preferir bocal curto”. É: “O diâmetro interno do bocal, sua projeção, o recuo da antena e a inclinação permitida devem ser verificados com base no desenho de instalação publicado do instrumento selecionado.” Isso permite atribuir e auditar a verificação.
Quando um tubo tranquilizador ajuda e quando cria outro problema
Um tubo tranquilizador pode isolar a medição da turbulência e fornecer um trajeto controlado em uma câmara existente. Deve comunicar-se com o processo, ter ventilação adequada, ser corretamente dimensionado para a antena ou sonda e não apresentar degraus internos. O nível dentro dele deve acompanhar o recipiente sem atraso inaceitável.
Para radar sem contato, siga os requisitos do fabricante da antena quanto ao diâmetro do tubo, às juntas e aos furos passantes. Para radar de onda guiada, verifique a folga entre sonda e parede e se a sonda pode tocar o tubo durante o enchimento ou a agitação. Um tubo adequado para um líquido em repouso pode ser inadequado para um produto viscoso, cristalizante ou incrustante, pois o espaço anular pode entupir.
Não confunda uma câmara de derivação com um tubo tranquilizador. Seus comportamentos quanto à densidade, à temperatura e à ventilação podem diferir, e o nível na câmara pode atrasar ou diferir do nível no recipiente.
Uma lista de bocais que o setor de compras possa realmente usar
Acrescente estas colunas à lista de bocais do tanque: aplicação e identificação; modelo e antena do instrumento selecionado; especificação de flange e junta; diâmetro interno nominal e mínimo; projeção do bocal acima e abaixo do recipiente; inserção ou extensão da antena; plano de referência; distância até a parede e os componentes internos; nível máximo do produto; e desenho do fabricante usado na análise. “DN80, um por tanque” não fornece informação suficiente para construir um ponto de medição confiável.
Em um projeto de substituição, fotografe a passagem interna e meça-a, em vez de confiar em um desenho isométrico antigo. Uma modificação anterior pode ter acrescentado uma redução, um revestimento interno ou um trecho danificado.
Uma análise com marcações que termina em uma decisão
Imprima o corte do recipiente e marque a referência da antena, a saída do bocal, o nível máximo, o envoltório do feixe e todos os obstáculos. Em seguida, atribua uma de quatro conclusões: aceitável com o desenho citado do instrumento; aceitável com uma extensão de antena definida; exige reposicionamento do bocal; ou não pode ser resolvido sem alterar o arranjo de medição. Registre o responsável pela análise e a revisão do documento.
Para um bocal existente, acrescente ao conjunto uma curva de eco do tanque vazio. A curva não valida todas as condições do produto, mas pode revelar uma reflexão próxima forte antes de encomendar um novo transmissor. Se a solução proposta depender de supressão, registre qual eco será suprimido e como a equipe comprovará que um nível alto real não será suprimido junto com ele.
Perguntas de campo antes da fabricação
P1. O bocal pode ser prolongado depois se houver um eco falso?
Às vezes uma extensão de antena aprovada resolve o problema, mas adicionar um tubo comum altera a abertura e pode agravá-lo. Trate a mudança como um novo projeto de instrumentação, não como uma alteração de tubulação.
P2. Um bocal maior é sempre melhor?
Não. A classe mecânica de pressão, o espaço disponível, a compatibilidade da antena e o custo continuam importantes. A abertura correta é aquela validada para a antena, não simplesmente a maior disponível.
P3. O transmissor pode ficar inclinado para alcançar uma região livre do tanque?
Somente dentro do alinhamento permitido pelo dispositivo. Inclinar altera o trajeto e pode reduzir o sinal de retorno; verifique a montagem prevista em vez de improvisar em campo.
P4. O que inspecionar antes de fechar o tanque?
A passagem interna, as saliências de solda e junta, a posição da antena, a verticalidade, materiais estranhos e a distância até os componentes internos. Arquive fotografias vinculadas à identificação do instrumento.
