Sensor de nível de água por radar: princípio e seleção | METRAVON

Sensor de nível de água por radar METRAVON: princípio de funcionamento, vantagens e guia de seleção

Os sensores de nível de água por radar medem a distância entre um instrumento instalado acima da água e a superfície da água por meio de ondas eletromagnéticas. Como o sensor não precisa permanecer submerso, o radar é amplamente utilizado em rios, reservatórios, canais abertos, estações de monitoramento de cheias, estruturas de águas residuais e tanques industriais de água.

A seleção não deve se basear apenas no alcance e na precisão. A altura de montagem, os níveis históricos máximo e mínimo da água, a largura do feixe, as estruturas próximas, a alimentação e a arquitetura de comunicação influenciam o resultado final.

Como funciona um sensor de nível de água por radar?

O radar transmite um sinal eletromagnético em direção à superfície da água e recebe a energia refletida. Conforme o projeto, o instrumento pode usar o tempo de voo de pulsos ou o processamento de sinal FMCW para calcular a distância.

Como o radar utiliza ondas eletromagnéticas, não depende da velocidade do som no ar. Esse é um dos motivos pelos quais pode oferecer maior estabilidade que a medição ultrassônica quando a temperatura ou a composição do gás varia significativamente.

O sensor mede nível ou distância?

A medição primária é a distância entre o plano de referência do radar e a superfície da água. O sistema de monitoramento converte essa distância em nível, cota, profundidade da água ou porcentagem usando o referencial do local.

Para um trajeto de medição vertical, a cota da água em relação ao referencial escolhido é igual à cota de referência do radar menos a distância medida. Preserve a referência obtida por levantamento topográfico independentemente das configurações do transmissor. Uma instalação inclinada ou um suporte que se move exige uma avaliação da instalação, em vez de uma correção de desvio sem justificativa.

Uma cota de referência incorreta pode, portanto, gerar um erro fixo de nível mesmo quando a distância medida pelo radar está correta.

Principais vantagens da medição de nível de água por radar

Por que 80 GHz é útil em pontes e cursos de água estreitos?

Muitos radares de 80 GHz podem produzir um feixe estreito com uma antena compacta. Isso é útil quando pilares de pontes, margens, vigas, guarda-corpos ou outras estruturas ficam próximos do ponto de medição pretendido.

A vantagem prática está no controle do feixe e na separação dos alvos. Uma frequência mais alta não significa automaticamente maior precisão em todas as aplicações.

O radar é totalmente imune à temperatura?

Não. As variações de temperatura do gás geralmente não são uma fonte importante de erro de distância, mas temperaturas extremas ainda podem afetar os componentes eletrônicos, os materiais do invólucro, as vedações, a condensação e a formação de gelo. Verifique sempre a faixa de temperatura ambiente especificada para o modelo selecionado.

O que ainda pode interferir na medição de nível de água por radar?

Um alcance máximo maior é sempre melhor?

Verifique a maior distância entre o sensor e a água no nível mínimo de projeto e a menor distância no nível de cheia de projeto. Os registros históricos ajudam a definir esses limites, mas não substituem os níveis de projeto. Um alcance adicional no catálogo só é útil se a antena e o alvo selecionados fornecerem o retorno válido necessário no local.

O que é a distância mínima de medição?

Use a distância mínima de medição, o plano de referência e os limites de instalação especificados para o modelo selecionado. Mantenha a condição de nível máximo de projeto, incluindo a margem necessária para elevações transitórias da água, dentro da amplitude válida. Uma faixa indicada a partir de zero não autoriza a água a tocar ou submergir a antena durante a medição.

Por que o nível mínimo histórico é importante?

À medida que a superfície da água se afasta, a área coberta pelo feixe aumenta. Durante as águas baixas sazonais, o leito exposto, as margens ou patamares rasos podem entrar no feixe, mesmo que a instalação funcione perfeitamente no nível normal da água.

Quais informações do local devem ser fornecidas?

Estações solares exigem um balanço de energia do sistema completo

Calcule o balanço de energia da estação completa: radar, RTU ou registrador de dados, rádio e todas as cargas auxiliares. Considere o ciclo de operação selecionado, o tempo de inicialização, os picos de transmissão e a autonomia necessária. A rede celular e o LoRaWAN são opções de telemetria; a identificação da saída do radar não comprova essas funções.

Seleção de saída e comunicação

Para o MV-RD12T e o MV-RD908F, confirme a versão eletrônica analógica ou RS485 encomendada e seus requisitos de alimentação. Quando houver Modbus RTU, obtenha o mapa de registros, as unidades e os códigos de estado. Se um registrador existente exigir SDI-12 ou outro protocolo, solicite confirmação explícita de compatibilidade ou uma interface adequada; os nomes desses modelos não comprovam essa compatibilidade.

Proteção para uso externo e contra surtos

As estações hidrológicas remotas e em pontes ficam expostas à chuva, à umidade, à radiação UV e a descargas atmosféricas. Verifique o grau de proteção do invólucro, os prensa-cabos, a proteção contra corrosão, o controle da condensação e a necessidade de SPDs de alimentação e sinal, aterramento e equipotencialização para a estação completa.

O grau IP descreve a proteção do invólucro. Por si só, não garante o funcionamento durante uma submersão prolongada em cheias, a menos que o produto específico seja classificado para essa condição.

Radar e sensor hidrostático submersível de nível

Medição de nível de água por radar e por ultrassom

Os sensores ultrassônicos podem ser econômicos em aplicações abertas de curto alcance com condições estáveis do ar. O radar se torna especialmente interessante quando a temperatura varia muito, a distância de medição é maior, há interferências de estruturas no local ou as condições de vapor e gás são menos previsíveis.

O que verificar ao comparar fornecedores

• Dados claros de alcance, distância mínima e ângulo do feixe;
• Especificações adequadas para uso externo e condições ambientais;
• Orientações de instalação baseadas na geometria real do local;
• Documentação do protocolo e informações de ligação elétrica;
• Capacidade de analisar curvas de eco e diagnosticar problemas em campo.

Não compare apenas a precisão

A qualidade dos dados de campo a longo prazo depende de mais do que a precisão da distância em laboratório. O feixe deve evitar margens e estruturas de pontes, o instrumento deve permanecer dentro da faixa válida tanto em cheias quanto em águas baixas, e os sistemas de alimentação, comunicação e proteção contra surtos devem permitir a operação sem supervisão.

Lista de verificação para seleção

• A distância máxima abrange o nível mínimo histórico;
• A distância mínima abrange o nível histórico de cheia;
• A área coberta pelo feixe permanece sobre uma superfície de água representativa, sempre que possível;
• A alimentação é compatível com a estação de monitoramento;
• A comunicação é compatível com a RTU ou o registrador;
• A proteção para uso externo e contra surtos foi considerada;
• Há suporte disponível para instalação e comissionamento.

Após selecionar o instrumento, planeje a verificação no local e as verificações posteriores de referência. Instalação e manutenção de radares hidrológicos

Questões de projeto da estação

P1. A estação pode informar a profundidade da água diretamente a partir da distância do radar?

A distância só se transforma em profundidade quando a referência do sensor e a referência do leito são conhecidas. O nível hidrométrico em relação a um referencial fixo e a profundidade acima de um leito variável são grandezas diferentes. Preserve a referência topográfica da instalação e reavalie os dados do leito se a erosão ou a sedimentação alterar a seção transversal, em vez de mudar silenciosamente o referencial do nível hidrométrico.

P2. Um suporte de ultrassom existente necessariamente serve para um radar?

Verifique a fixação mecânica, a orientação da antena, o plano de referência e todo o envelope do feixe. A coincidência da furação não preserva o referencial anterior nem comprova a ausência de obstáculos em águas baixas. Verifique novamente a alimentação, a fiação, o protocolo e a estabilidade da montagem. Depois, compare leituras simultâneas com a referência da estação antes de encerrar o registro anterior.

P3. O que deve constar de uma proposta para uma estação alimentada por bateria?

Informe os intervalos de medição e transmissão de dados, a autonomia necessária e as condições locais de temperatura. Solicite o perfil de corrente e o tempo de inicialização do sensor selecionado, juntamente com as cargas da RTU e do rádio. Confirme que uma leitura válida está disponível antes de desligar a alimentação; um modo de baixo consumo anunciado, sozinho, não permite dimensionar a bateria ou o conjunto de painéis solares.

Resumo da seleção

A medição de nível de água por radar apresenta melhores resultados quando o instrumento é selecionado considerando a geometria completa do local e a faixa sazonal de níveis da água. A altura de montagem, a área coberta pelo feixe, a distância mínima e os requisitos de integração geralmente são mais importantes do que escolher o maior alcance ou o menor valor de erro na ficha técnica.

Inclua a referência topográfica, os limites de nível de água de projeto, o desenho dos obstáculos, as condições de acesso e a exposição a cheias. Acrescente a alimentação da estação, a entrada do registrador, os intervalos de amostragem e transmissão de dados e o método de verificação necessário. Esses detalhes definem a configuração do radar e os trabalhos que vão além do fornecimento do sensor. Enviar a especificação da estação de nível de água